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JP6263948B2 - Electrode pad structure - Google Patents
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Description

本発明は電極パッド構造に関する。   The present invention relates to an electrode pad structure.

高周波帯域において使用する電子装置の設計において、Sパラメータなどの電気的特性の試験を行う。試験の結果を基に回路を設計する。特許文献1には、試験のためのプローブが記載されている。プローブをパッドに接触させることにより試験を行う。   In designing an electronic device used in a high frequency band, an electrical characteristic test such as an S parameter is performed. Design the circuit based on the test results. Patent Document 1 describes a probe for testing. The test is performed by bringing the probe into contact with the pad.

国際公開第2004/092748号International Publication No. 2004/092748

試験においては測定の誤差を小さくすることが要求される。しかしプローブのパッドへの接触位置が試験ごとに変わることにより、パッドの電気長が変化する。電気長の変化により、信号の位相差が大きくなり、誤差が増大する。特に高周波信号においては、小さな位置のズレでも大きな誤差が生じる。本願発明は、上記課題に鑑み、精度の高い試験が可能な電極パッド構造を提供することを目的とする。   In the test, it is required to reduce the measurement error. However, when the contact position of the probe with the pad changes from test to test, the electrical length of the pad changes. Due to the change in electrical length, the signal phase difference increases and the error increases. In particular, in a high-frequency signal, a large error occurs even if the position is small. An object of the present invention is to provide an electrode pad structure capable of a highly accurate test in view of the above problems.

本発明は、絶縁膜上に設けられ、中央部に接続箇所を有する電極パターンと、前記絶縁膜の前記接続箇所に対応する領域に配置されたビアホールと、前記絶縁膜の下に位置し、前記ビアホールを介して前記電極パターンと接続されてなる配線と、前記電極パターン上に配置され、前記接続箇所までの距離が、その上面の何れの位置からも実質的に一定な表面を備えた半球状のパッドと、を有する電極パッド構造である。   The present invention is provided on an insulating film, and is located under the insulating film, an electrode pattern having a connection portion at a central portion, a via hole disposed in a region corresponding to the connection portion of the insulating film, A wiring that is connected to the electrode pattern through a via hole, and a hemispherical surface that is disposed on the electrode pattern and that has a substantially constant surface from any position on the upper surface of the wiring. And an electrode pad structure.

上記構成において、前記パッドには高周波信号が流れる構成とすることができる。   In the above configuration, a high-frequency signal may flow through the pad.

上記構成において、前記電極パターンは信号パターンおよび接地パターンを含み、前記パッドは、前記信号パターンの上に形成された信号パッド、および前記接地パターンの上に形成された接地パッドを含む構成とすることができる。   In the above configuration, the electrode pattern includes a signal pattern and a ground pattern, and the pad includes a signal pad formed on the signal pattern and a ground pad formed on the ground pattern. Can do.

上記構成において、前記配線は、前記信号パターンの中央部に接続された信号配線、および前記接地パターンの中央部に接続された接地配線を含む構成とすることができる。   In the above configuration, the wiring may include a signal wiring connected to a central portion of the signal pattern and a ground wiring connected to a central portion of the ground pattern.

本発明によれば、精度の高い試験が可能な電極パッド構造を提供することが可能となる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, it becomes possible to provide the electrode pad structure in which a highly accurate test is possible.

図1は実施例1に係る半導体装置を例示する平面図である。FIG. 1 is a plan view illustrating a semiconductor device according to the first embodiment. 図2(a)は図1の線A−Aに沿った断面図である。図2(b)は図1の線B−Bに沿った断面図である。図2(c)は図1の線C−Cに沿った断面図である。FIG. 2A is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. FIG. 2B is a cross-sectional view taken along line BB in FIG. FIG. 2C is a cross-sectional view taken along line CC in FIG. 図3は試験を例示する平面図である。FIG. 3 is a plan view illustrating the test. 図4(a)は図3の線A−Aに沿った断面図である。図4(b)は入力端子Inを拡大した模式図である。図4(c)は図3の線C−Cに沿った断面図である。FIG. 4A is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. FIG. 4B is an enlarged schematic diagram of the input terminal In. FIG. 4C is a cross-sectional view taken along line CC in FIG. 図5(a)から図5(c)はパッドの製造方法を例示する断面図である。FIG. 5A to FIG. 5C are cross-sectional views illustrating a pad manufacturing method. 図6はパッドを拡大した模式図である。FIG. 6 is an enlarged schematic view of the pad. 図7は比較例に係る半導体装置を例示する平面図である。FIG. 7 is a plan view illustrating a semiconductor device according to a comparative example.

本発明の実施例について説明する。   Examples of the present invention will be described.

実施例1はパッドを半球状にした例である。図1は実施例1に係る半導体装置100を例示する平面図である。図2(a)は図1の線A−Aに沿った断面図である。図2(b)は図1の線B−Bに沿った断面図である。図2(c)は図1の線C−Cに沿った断面図である。   Example 1 is an example in which the pad is hemispherical. FIG. 1 is a plan view illustrating a semiconductor device 100 according to the first embodiment. FIG. 2A is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. FIG. 2B is a cross-sectional view taken along line BB in FIG. FIG. 2C is a cross-sectional view taken along line CC in FIG.

図2(a)から図2(c)に示すように、半導体基板10の上に絶縁膜12が設けられている。絶縁膜12には、配線、電極パターン16およびパッド18を含むパターンが形成されている。絶縁膜12の内部には、信号配線14a(図1、図2(a)および図2(c))および接地配線20(図2(a)および図2(b))が設けられている。信号配線14aおよび接地配線20は、絶縁膜12の面が広がる方向(図2(a)の水平方向)に延び、さらに絶縁膜12に設けられたビアホール12a(貫通孔)内に配線材料となる金属が埋め込まれてなる部分を有する。図1および図2(a)に示すように、信号配線14aと接地層14bとはマイクロストリップライン14(伝送線路)を形成する。接地配線20は接地層14bと電気的に接続されている。   As shown in FIGS. 2A to 2C, an insulating film 12 is provided on the semiconductor substrate 10. The insulating film 12 is formed with a pattern including wiring, an electrode pattern 16 and a pad 18. Inside the insulating film 12, a signal wiring 14a (FIGS. 1, 2A and 2C) and a ground wiring 20 (FIGS. 2A and 2B) are provided. The signal wiring 14a and the ground wiring 20 extend in the direction in which the surface of the insulating film 12 expands (the horizontal direction in FIG. 2A), and become wiring materials in the via holes 12a (through holes) provided in the insulating film 12. It has a portion in which metal is embedded. As shown in FIGS. 1 and 2A, the signal wiring 14a and the ground layer 14b form a microstrip line 14 (transmission line). The ground wiring 20 is electrically connected to the ground layer 14b.

絶縁膜12の上面には、接地層14bおよび電極パターン16が設けられている。電極パターン16は金(Au)層16aおよびニッケル(Ni)層16bを含む。Au層16aには信号配線14aが電気的に接続されている。Ni層16bはAu層16aの上面に接触している。Ni層16bの上には、半球状のパッド18が設けられている。複数の電極パターン16は接地パターンおよび信号パターンを含む。複数のパッド18は入力端子In、出力端子Outおよび接地端子GNDを含む。配線(信号配線14aまたは接地配線20)と電極パターン16との接続箇所22は、電極パターン16の中央部に位置し、電極パターン16およびパッド18への給電点として機能する。信号配線14aは入力端子Inおよび出力端子Outに接続されている。接地配線20は接地端子GNDおよび接地層14bに接続されている。   A ground layer 14 b and an electrode pattern 16 are provided on the upper surface of the insulating film 12. The electrode pattern 16 includes a gold (Au) layer 16a and a nickel (Ni) layer 16b. The signal wiring 14a is electrically connected to the Au layer 16a. The Ni layer 16b is in contact with the upper surface of the Au layer 16a. A hemispherical pad 18 is provided on the Ni layer 16b. The plurality of electrode patterns 16 include a ground pattern and a signal pattern. The plurality of pads 18 include an input terminal In, an output terminal Out, and a ground terminal GND. A connection portion 22 between the wiring (the signal wiring 14 a or the ground wiring 20) and the electrode pattern 16 is located at the center of the electrode pattern 16 and functions as a feeding point to the electrode pattern 16 and the pad 18. The signal wiring 14a is connected to the input terminal In and the output terminal Out. The ground wiring 20 is connected to the ground terminal GND and the ground layer 14b.

図1に示すように、半導体基板10は電界効果トランジスタ(Field Effect Transistor:FET)10aを含む。信号配線14aはFET10aに接続されている。入力端子Inから入力される高周波信号はマイクロストリップライン14を伝播し、FET10aにより増幅され、出力端子Outから出力される。高周波信号は例えばミリ波帯域(30GHz以上300GHz以下)の信号である。接地端子GNDおよび接地配線20は基準電位(接地電位)を有する。キャパシタ、インダクタなどの回路要素が半導体基板10または絶縁膜12に設けられてもよい。つまり半導体装置100はMMIC(Monolithic Microwave Integrated Circuit)とすることができる。   As shown in FIG. 1, the semiconductor substrate 10 includes a field effect transistor (FET) 10a. The signal wiring 14a is connected to the FET 10a. The high frequency signal input from the input terminal In propagates through the microstrip line 14, is amplified by the FET 10a, and is output from the output terminal Out. The high frequency signal is, for example, a signal in a millimeter wave band (30 GHz or more and 300 GHz or less). The ground terminal GND and the ground wiring 20 have a reference potential (ground potential). Circuit elements such as capacitors and inductors may be provided on the semiconductor substrate 10 or the insulating film 12. That is, the semiconductor device 100 can be an MMIC (Monolithic Microwave Integrated Circuit).

半導体基板10は例えばガリウム砒素(GaAs)など砒素系半導体により形成されている。FET10aのチャネル層はインジウムガリウム砒素(InGaAs)、電子供給層はアルミニウムガリウム砒素(AlGaAs)により形成されている。絶縁膜12は例えばポリイミドなど樹脂により形成されている。信号配線14a、接地層14b、および接地配線20は例えば銅(Cu)などの金属により形成されている。パッド18は例えば銀、銅および錫の合金(Ag−Cu−Sn)などを含む半田により形成されている。   The semiconductor substrate 10 is formed of an arsenic semiconductor such as gallium arsenide (GaAs). The channel layer of the FET 10a is made of indium gallium arsenide (InGaAs), and the electron supply layer is made of aluminum gallium arsenide (AlGaAs). The insulating film 12 is made of a resin such as polyimide. The signal wiring 14a, the ground layer 14b, and the ground wiring 20 are made of a metal such as copper (Cu), for example. The pad 18 is made of solder containing, for example, an alloy of silver, copper and tin (Ag—Cu—Sn).

半導体装置100の電気的な特性を評価するために試験を行う。図3は試験を例示する平面図である。図4(a)は図3の線A−Aに沿った断面図である。図4(b)は入力端子Inを拡大した模式図である。図4(c)は図3の線C−Cに沿った断面図である。図3から図4(c)ではパッド18のうち左側の3つに対する試験を図示しているが、右側の3つのパッド18にもプローブ24を接触させ、試験を行う。   A test is performed to evaluate the electrical characteristics of the semiconductor device 100. FIG. 3 is a plan view illustrating the test. FIG. 4A is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. FIG. 4B is an enlarged schematic diagram of the input terminal In. FIG. 4C is a cross-sectional view taken along line CC in FIG. Although FIG. 3 to FIG. 4C show tests on the left three of the pads 18, the test is performed by bringing the probe 24 into contact with the three pads 18 on the right side.

図3に示すように、プローブ24の接触部24aおよび22bをパッド18に接触させ、電気信号を入力することにより試験を行う。接触部24aは入力端子Inまたは出力端子Outに接触する。接触部24bは接地端子GNDに接触する。接触部24aおよび22bをパッド18に押圧することで接触を確保する。   As shown in FIG. 3, the test is performed by bringing the contact portions 24a and 22b of the probe 24 into contact with the pad 18 and inputting an electrical signal. The contact portion 24a contacts the input terminal In or the output terminal Out. The contact portion 24b contacts the ground terminal GND. Contact is ensured by pressing the contact portions 24 a and 22 b against the pad 18.

図4(a)にブロック矢印で示すように、押圧により接触部24aがドライブし、接触部24aのパッド18への接触位置がずれる。図4(b)に示すように、例えばパッド18の中央部に接触部24bを接触させた場合、ドライブにより接触部24aは+X方向または−X方向に距離D1移動する。ドライブ量(D1)の制御は難しいため、X方向のずれは大きくなる。図示しないが、ドライブにより接触部24bの接触位置もずれる。図3および図4(c)に示すY方向においてプローブ24の位置を定める。図4(c)に示すように、Y方向において接触部24bの接触位置がずれる。図示しないが接触部24aの接触位置もずれる。   As shown by the block arrow in FIG. 4A, the contact portion 24a is driven by the pressing, and the contact position of the contact portion 24a with the pad 18 is shifted. As shown in FIG. 4B, for example, when the contact portion 24b is brought into contact with the center portion of the pad 18, the contact portion 24a moves a distance D1 in the + X direction or the −X direction by the drive. Since it is difficult to control the drive amount (D1), the deviation in the X direction becomes large. Although not shown, the contact position of the contact portion 24b is also shifted by the drive. The position of the probe 24 is determined in the Y direction shown in FIG. 3 and FIG. As shown in FIG. 4C, the contact position of the contact portion 24b is shifted in the Y direction. Although not shown, the contact position of the contact portion 24a is also shifted.

実施例1によれば、パッド18が半球形を有するため、パッド18の表面は、パッド18の上面において、プローブ24が接触する何れの位置においても、プローブ24から接続箇所22までの距離が実質的に一定となる形状となる。従って、接触部24aがドライブしても、接続箇所22から接触部24aまでの距離は略一定である。接触部24bも半球状のパッド18に接触するため、接続箇所22から接触部24bまでの距離は略一定である。   According to the first embodiment, since the pad 18 has a hemispherical shape, the surface of the pad 18 has a substantial distance from the probe 24 to the connection point 22 at any position on the upper surface of the pad 18 where the probe 24 contacts. The shape becomes constant. Therefore, even if the contact portion 24a is driven, the distance from the connection portion 22 to the contact portion 24a is substantially constant. Since the contact portion 24b also contacts the hemispherical pad 18, the distance from the connection location 22 to the contact portion 24b is substantially constant.

給電点である接続箇所22から接触部24aおよび24bまでの距離が略一定となることにより、接触部の位置のばらつきによる信号の位相差が小さくなる。この結果、電気的特性の精度の高い試験が可能である。接続箇所22は電極パターン16の中央部に位置することが好ましい。接続箇所22から接触部24aおよび24bまでの距離が略一定になるからである。なお図4(b)に示すパッド18の半径rは例えば63μmである。 Since the distance from the connection point 22 that is the feeding point to the contact portions 24a and 24b is substantially constant, the signal phase difference due to the variation in the position of the contact portion is reduced. As a result, a test with high accuracy of electrical characteristics is possible. The connection location 22 is preferably located at the center of the electrode pattern 16. This is because the distance from the connection location 22 to the contact portions 24a and 24b is substantially constant. Note that the radius r 1 of the pad 18 shown in FIG. 4B is, for example, 63 μm.

パッド18の製造方法を、接地端子GNDを例に説明する。図5(a)から図5(c)はパッド18の製造方法を例示する断面図である。図5(a)に示すように、電極パターン16の上面にフラックス26を印刷する。図5(b)に示すように、フラックス26の上に半田ボール28を配置する。図5(c)に示すように、リフロー処理により半田ボール28からパッド18を形成する。入力端子Inまたは出力端子Outとして機能するパッド18も図5(a)から図5(c)の方法により形成される。   A method for manufacturing the pad 18 will be described by taking the ground terminal GND as an example. FIG. 5A to FIG. 5C are cross-sectional views illustrating a method for manufacturing the pad 18. As shown in FIG. 5A, a flux 26 is printed on the upper surface of the electrode pattern 16. As shown in FIG. 5B, solder balls 28 are disposed on the flux 26. As shown in FIG. 5C, the pads 18 are formed from the solder balls 28 by reflow processing. The pad 18 functioning as the input terminal In or the output terminal Out is also formed by the method shown in FIGS.

半田ボール28の半径をrとすると、パッド18の半径rは(√2)rである。半田ボール28の体積4πr /3とパッド18の体積2πr /3とが同一になる。なお電極パターン16の半径をrとすることで、半径rを有するパッド18が形成される。半田ボール28は、ボール・グリッド・アレイ(Ball Grid Array:BGA)に使用される半田ボールでよい。 If the radius of the solder balls 28 and r 2, the radius r 1 of the pad 18 is (3 √2) r 2. And volume 2.pi.r 1 3/3 of the volume 4πr 2 3/3 of the solder balls 28 pads 18 are the same. The pad 18 having the radius r 1 is formed by setting the radius of the electrode pattern 16 to r 1 . The solder ball 28 may be a solder ball used in a ball grid array (BGA).

半田ボール28の寸法の公差は±5%程度である。例えば直径100μmの半田ボール28において公差は±5μmである。直径D=95μm、100μmおよび105μmそれぞれの半田ボール28からパッド18を形成する。図6はパッド18を拡大した模式図である。実線はD=100μmの例、破線はD=105μmの例、点線はD=95μmの例、それぞれにおけるパッド18を表す。   The tolerance of the size of the solder ball 28 is about ± 5%. For example, in a solder ball 28 having a diameter of 100 μm, the tolerance is ± 5 μm. Pads 18 are formed from solder balls 28 having diameters D = 95 μm, 100 μm, and 105 μm. FIG. 6 is an enlarged schematic view of the pad 18. A solid line represents an example of D = 100 μm, a broken line represents an example of D = 105 μm, a dotted line represents an example of D = 95 μm, and each represents a pad 18.

図6に示すように、半田ボール28の直径のばらつきによりパッド18の半径rも変化する。実線の例における半径r1aは63μmである。破線の例の半径r1bは69μmである。点線の例における半径r1cは、図6の位置P1において57μm、位置P2において58μmである。半径r1aを基準にすると、半径rの公差は±6μmである。このため接続箇所22からプローブ24の接触部までの距離の公差も±6μmとなる。 As shown in FIG. 6, the radius r 1 of the pad 18 also changes due to the variation in the diameter of the solder ball 28. The radius r 1a in the example of the solid line is 63 μm. The radius r 1b in the broken line example is 69 μm. The radius r 1c in the dotted line example is 57 μm at the position P 1 and 58 μm at the position P 2 in FIG. Based on the radius r 1a , the tolerance of the radius r 1 is ± 6 μm. For this reason, the tolerance of the distance from the connection location 22 to the contact portion of the probe 24 is also ± 6 μm.

比較例はパッドが板状の例である。図7は比較例に係る半導体装置100Rを例示する平面図である。図7に示すように、絶縁膜12上に板状のパッド19が設けられている。プローブ24を接地層14bおよびパッド19に接触させることで試験を行う。比較例においてはドライブにより、プローブの接触部と接続箇所(給電点)との距離は約30μm変化する。信号の周波数が60GHzの場合、30μmの変化による位相の誤差は約11°である。   The comparative example is an example in which the pad is plate-shaped. FIG. 7 is a plan view illustrating a semiconductor device 100R according to a comparative example. As shown in FIG. 7, a plate-like pad 19 is provided on the insulating film 12. The test is performed by bringing the probe 24 into contact with the ground layer 14 b and the pad 19. In the comparative example, the distance between the contact portion of the probe and the connection location (feeding point) changes by about 30 μm due to the drive. When the frequency of the signal is 60 GHz, the phase error due to the change of 30 μm is about 11 °.

これに対し実施例1によれば距離の変化は約6μmである。この結果、60GHzにおいて位相の誤差は約2°に低減される。プローブ24に加える圧力によりドライブする距離は変化する。実施例1によればドライブの距離によらず、接続箇所22から接触部24aおよび24bまでの距離が略一定であるため、試験の精度が高くなる。Sパラメータの試験を行い、適切なSパラメータを有する回路を設計することができる。比較例では、Sパラメータに大きな誤差が生じたまま回路設計をしてしまうことになる。   On the other hand, according to Example 1, the change in distance is about 6 μm. As a result, the phase error is reduced to about 2 ° at 60 GHz. The driving distance varies depending on the pressure applied to the probe 24. According to Example 1, since the distance from the connection location 22 to the contact parts 24a and 24b is substantially constant regardless of the distance of the drive, the accuracy of the test is increased. S-parameter tests can be performed to design circuits with appropriate S-parameters. In the comparative example, the circuit is designed with a large error in the S parameter.

パッド18は半球状、または略半球状であればよい。半導体基板10にはFET以外のトランジスタが設けられてもよい。半導体基板10は、砒素系半導体以外に窒化物半導体からなるとしてもよい。窒化物半導体とは、Nを含む半導体であり、例えば窒化ガリウム(GaN)、窒化アルミニウムガリウム(AlGaN)、窒化インジウムガリウム(InGaN)、窒化インジウム(InN)、及び窒化アルミニウムインジウムガリウム(AlInGaN)などがある。半導体装置100にはコプレーナラインなどの伝送線路が設けられてもよい。   The pad 18 may be hemispherical or substantially hemispherical. Transistors other than FETs may be provided on the semiconductor substrate 10. The semiconductor substrate 10 may be made of a nitride semiconductor in addition to the arsenic semiconductor. A nitride semiconductor is a semiconductor containing N, such as gallium nitride (GaN), aluminum gallium nitride (AlGaN), indium gallium nitride (InGaN), indium nitride (InN), and aluminum indium gallium nitride (AlInGaN). is there. The semiconductor device 100 may be provided with a transmission line such as a coplanar line.

以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明はかかる特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。   Although the embodiments of the present invention have been described in detail above, the present invention is not limited to such specific embodiments, and various modifications and changes can be made within the scope of the gist of the present invention described in the claims. It can be changed.

10 半導体基板
10a FET
12 絶縁膜
12a ビアホール
14 マイクロストリップライン
14a 信号配線
16 電極パターン
18 パッド
20 接地配線
22 接続箇所
24 プローブ
24a、24b 接触部
28 半田ボール
10 Semiconductor substrate 10a FET
DESCRIPTION OF SYMBOLS 12 Insulating film 12a Via hole 14 Microstrip line 14a Signal wiring 16 Electrode pattern 18 Pad 20 Ground wiring 22 Connection location 24 Probe 24a, 24b Contact part 28 Solder ball

Claims (4)

絶縁膜上に設けられ、円形であり、当該円形の中心に接続箇所を有する電極パターンと、
前記絶縁膜に設けられ、前記接続箇所に配置されたビアホールと、
前記絶縁膜の下に位置し、前記ビアホールを介して、前記接続箇所において前記電極パターンと接続され配線と、
前記電極パターン上に配置され、前記接続箇所までの距離が、その外面の何れの位置からも実質的に一定な表面を備えた半球状のパッドと、を有することを特徴とする電極パッド構造。
An electrode pattern that is provided on the insulating film and has a circular shape and has a connection point at the center of the circular shape ;
A via hole provided in the insulating film and disposed at the connection location;
The located beneath the insulating layer via the via hole, a wiring connected to the electrode pattern in the connection point,
An electrode pad structure, comprising: a hemispherical pad disposed on the electrode pattern and having a surface having a substantially constant distance from any position on the outer surface thereof.
前記パッドには高周波信号が流れることを特徴とする請求項1記載の電極パッド構造。   2. The electrode pad structure according to claim 1, wherein a high frequency signal flows through the pad. 前記電極パターンは信号パターンおよび接地パターンを含み、
前記パッドは、前記信号パターンの上に形成された信号パッド、および前記接地パターンの上に形成された接地パッドを含むことを特徴とする請求項1または2記載の電極パッド構造。
The electrode pattern includes a signal pattern and a ground pattern,
The electrode pad structure according to claim 1, wherein the pad includes a signal pad formed on the signal pattern and a ground pad formed on the ground pattern.
前記配線は、前記信号パターンの中央部に接続された信号配線、および前記接地パターンの中央部に接続された接地配線を含むことを特徴とする請求項3記載の電極パッド構造。   4. The electrode pad structure according to claim 3, wherein the wiring includes a signal wiring connected to a central portion of the signal pattern and a ground wiring connected to a central portion of the ground pattern.
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