JP6587205B2 - Silicon nitride ceramic aggregate substrate and method for manufacturing the same, and method for manufacturing silicon nitride ceramic sintered substrate - Google Patents
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Description
本発明は回路基板を多数個取りする為の窒化珪素セラミックス集合基板及びその製造方法、並びに窒化珪素セラミックス焼結基板の製造方法に関する。 The present invention relates to a silicon nitride ceramic aggregate substrate for manufacturing a large number of circuit boards, a method for manufacturing the same, and a method for manufacturing a silicon nitride ceramic sintered substrate.
半導体モジュール、パワーモジュール等に利用される回路基板には、熱伝導性および絶縁性、強度などの点で回路用セラミックス基板が用いられ、この回路用セラミックス基板にCuやAlなどの金属回路板や金属放熱板が接合されて回路基板とされている。回路用セラミックス基板としては、アルミナや窒化アルミニウム材が広く使われてきたが、最近では、より厳しい環境でも使用できるように、高強度で熱伝導性も改善された窒化珪素が使用されるようになってきた。 Circuit circuit boards used for semiconductor modules, power modules, etc. use circuit ceramic substrates in terms of thermal conductivity, insulation, strength, etc., and this circuit ceramic substrate is made of a metal circuit board such as Cu or Al. A metal heat sink is joined to form a circuit board. Alumina and aluminum nitride materials have been widely used as ceramic substrates for circuits, but recently, silicon nitride with high strength and improved thermal conductivity has been used so that it can be used in more severe environments. It has become.
また、回路基板を量産する技術として、前記回路用セラミックス基板が多数切り出せる大きさの1枚のセラミックス集合基板に、活性金属ロウ付け法や直接接合法などによりCu板等の金属板を接合し、エッチング加工等で金属回路板と金属放熱板を形成する。次いで、セラミックス集合基板を所定の大きさに分割して個々の回路基板を得る。 As a technology for mass production of circuit boards, a metal plate such as a Cu plate is joined to one ceramic aggregate substrate having a size capable of cutting out a large number of circuit ceramic substrates by an active metal brazing method or a direct joining method. Then, a metal circuit board and a metal heat sink are formed by etching or the like. Next, the ceramic aggregate substrate is divided into predetermined sizes to obtain individual circuit boards.
個々の回路基板に分割する方法としては、Cu板等の接合前にレーザ加工により、セラミックス集合基板に凹部又は溝を形成しておき、接合後に回路基板付きのセラミックス集合基板を撓ませて、凹部又は溝で分割する方法が採用されている。 As a method of dividing into individual circuit boards, a recess or groove is formed in the ceramic aggregate substrate by laser processing before joining a Cu plate, etc., and the ceramic aggregate substrate with the circuit board is bent after joining to form the concave portion. Or the method of dividing | segmenting by a groove | channel is employ | adopted.
本発明者らが、焼結したままの焼結板にレーザ加工により分割用のスクライブ孔(非貫通の孔)を形成して、スクライブ孔による分割線で分割することで、焼結板の四辺を除去してセラミックス集合基板を作製したところ、セラミックス集合基板の角部に亀裂や欠けが発生し易いことがわかった。回路基板を製造するプロセスでもセラミックス集合結基板から縁部を除去して複数の回路基板を得る際に、回路基板の採取歩留まりが低下するという問題があった。 The inventors of the present invention have formed a scribe hole (non-through hole) for splitting by laser processing on the sintered plate as-sintered, and dividing it by a dividing line by the scribe hole, so that the four sides of the sintered plate As a result, it was found that cracks and chips were likely to occur at the corners of the ceramic aggregate substrate. Even in the process of manufacturing a circuit board, there has been a problem that the yield of collecting circuit boards decreases when the edge portions are removed from the ceramic aggregate substrate to obtain a plurality of circuit boards.
一方、回路基板をスクライブ孔或いは分割溝でセラミックス集合基板から分割する際の、亀裂や欠けを抑制する技術が、特許文献1(特開2008-198905)、及び特許文献2(特開2011-233687)に開示されている。 On the other hand, technologies for suppressing cracks and chipping when a circuit board is divided from a ceramic aggregate substrate by scribe holes or dividing grooves are disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2008-198905 and Japanese Patent Application Laid-Open No. 2011-233687. ).
特許文献1は、回路基板の少なくとも1つの側面の角部に板厚方向に貫通する面取部を形成する技術であり、面取部はレーザ切断加工により菱形形状のくり抜き部として形成する。特許文献2は、回路基板領域とその周囲のダミー領域との境界に沿った分割溝が交差する領域に、少なくとも分割溝と交わった角部が円弧状とされたくり抜き部を形成する。しかし、いずれも、セラミックス集合基板から各々の回路基板を分割して製造する技術に関するものであり、セラミックス焼結基板からセラミックス集合基板を製造する技術については記載がない。
前記従来技術では、矩形のセラミックス焼結基板からセラミックス集合基板を作製する際に、セラミックス集合基板の角部に発生する亀裂や欠けの問題を解消できていなかった。特に、高強度、高熱伝導性を有する窒化珪素セラミックス集合基板の場合は、高強度且つ高靭性のため、亀裂や欠けの問題が発生し易かった。 In the prior art, when a ceramic aggregate substrate is produced from a rectangular ceramic sintered substrate, the problem of cracks and chips generated at the corners of the ceramic aggregate substrate has not been solved. In particular, in the case of a silicon nitride ceramics aggregate substrate having high strength and high thermal conductivity, the problem of cracking and chipping is likely to occur due to high strength and high toughness.
本発明の目的は、焼結したままのセラミックス焼結基板にレーザ加工により分割用のスクライブ孔を形成した後に、スクライブ孔の中心間を結ぶ分割線(以後、辺ブレークラインと表現する)で焼結基板の四辺の耳部を分割し除去して、セラミックス集合基板を製造する際に、角部に亀裂や欠けが生じることを抑制するために、窒化珪素セラミックス集合基板及びその製造方法、並びに窒化珪素セラミックス焼結基板の製造方法を提供することにある。 An object of the present invention is to form a scribe hole for division on a sintered ceramic substrate as-sintered by laser processing, and then fire it with a dividing line connecting the centers of the scribe holes (hereinafter referred to as a side break line). In order to prevent the corners from cracking or chipping when the ceramic aggregate substrate is manufactured by dividing and removing the four edge portions of the bonded substrate, the silicon nitride ceramic aggregate substrate, its manufacturing method, and nitriding It is providing the manufacturing method of a silicon ceramic sintered substrate.
本発明は、窒化珪素セラミックス集合基板の周囲に耳部を有する矩形の窒化珪素セラミックス焼結基板から、回路基板を多数個取りするための回路形成部と縁部とを有する窒化珪素セラミックス集合基板を製造するための窒化珪素セラミックス焼結基板の製造方法であって、
前記窒化珪素セラミックス集合基板と耳部を分割するための、スクライブ孔形成工程と、貫通孔形成工程とを備え、
前記スクライブ孔形成工程は、前記窒化珪素セラミックス焼結基板の外縁から内側の位置に前記外縁に沿ってスクライブ孔による辺ブレークラインを形成し、
前記貫通孔形成工程は、前記辺ブレークラインの交差する角部に前記辺ブレークラインと傾斜する方向に貫通孔による角ブレークラインを形成することを特徴とする。
The present invention provides a silicon nitride ceramics aggregate substrate having a circuit forming part and an edge part for taking a large number of circuit boards from a rectangular silicon nitride ceramics sintered board having an ear around the silicon nitride ceramics aggregate substrate. A method for manufacturing a silicon nitride ceramic sintered substrate for manufacturing,
A scribe hole forming step for dividing the silicon nitride ceramic aggregate substrate and the ear portion, and a through hole forming step,
The scribe hole forming step forms a side break line by the scribe hole along the outer edge from the outer edge of the silicon nitride ceramic sintered substrate to the inner position,
The through-hole forming step is characterized in that a corner break line by a through-hole is formed at a corner portion where the side break line intersects in a direction inclined with the side break line.
前記窒化珪素セラミックス焼結基板の製造方法において、前記角ブレークラインは前記耳部側に突出して形成されていることが好ましい。 In the method for manufacturing a silicon nitride ceramics sintered substrate, it is preferable that the corner break line is formed to protrude toward the ear portion.
前記窒化珪素セラミックス焼結基板の製造方法において、前記角ブレークラインは、前記耳部に突出した突出長が前記貫通孔の形成に用いたレーザのビームスポット直径より大きく、且つ3.5mm未満であることが好ましい。 In the method for manufacturing a silicon nitride ceramic sintered substrate, the angular break line has a protruding length protruding to the ear portion larger than a beam spot diameter of the laser used for forming the through hole and less than 3.5 mm. It is preferable.
前記窒化珪素セラミックス焼結基板の製造方法において、前記角ブレークラインは複数個の貫通孔を連結してなるスリットであることが好ましい。 In the method of manufacturing a silicon nitride ceramic sintered substrate, the corner break line is preferably a slit formed by connecting a plurality of through holes.
前記窒化珪素セラミックス焼結基板の製造方法において、前記角ブレークラインの貫通孔及び前記辺ブレークラインのスクライブ孔は断続的に複数個形成されており、前記角ブレークラインの貫通孔のピッチは前記辺ブレークラインのスクライブ孔のピッチよりも小さいことが好ましい。 In the method for manufacturing a silicon nitride ceramic sintered substrate, a plurality of through holes in the corner break line and a plurality of scribe holes in the side break line are intermittently formed, and a pitch of the through holes in the corner break line is the side. The pitch is preferably smaller than the pitch of the scribe holes in the break line.
本発明の窒化珪素セラミックス集合基板の製造方法は、前記窒化珪素セラミックス焼結基板の製造方法に、さらに耳部分割工程を加えることで窒化珪素セラミックス集合基板を製造する方法であって、
前記耳部分割工程は、前記辺ブレークラインで、窒化珪素セラミックス焼結基板を耳部と窒化珪素セラミックス集合基板とに分割することを特徴とする。
The method for producing a silicon nitride ceramic aggregate substrate of the present invention is a method for producing a silicon nitride ceramic aggregate substrate by adding an ear splitting step to the method for producing a silicon nitride ceramic sintered substrate,
The ear part dividing step is characterized in that the silicon nitride ceramic sintered substrate is divided into an ear part and a silicon nitride ceramic aggregate substrate along the side break line.
本発明の窒化珪素セラミックス集合基板は、回路基板を多数個取りするための回路形成部と縁部とを有し、角部に面取りを有する矩形の窒化珪素セラミックス集合基板であって、
面取り面における凹面部のピッチが、側面における凹面部のピッチよりも小さいことを特徴とする。
The silicon nitride ceramic aggregate substrate of the present invention is a rectangular silicon nitride ceramic aggregate substrate having a circuit forming portion and an edge portion for taking a large number of circuit boards, and having chamfered corners,
The pitch of the concave surface portion on the chamfered surface is smaller than the pitch of the concave surface portion on the side surface.
本発明によって、窒化珪素セラミックス集合基板の角部に発生する亀裂や欠けが抑制され、よって窒化珪素セラミックス集合基板の製造の歩留りを向上できる。 According to the present invention, cracks and chips generated at the corners of the silicon nitride ceramic aggregate substrate are suppressed, so that the yield of manufacturing the silicon nitride ceramic aggregate substrate can be improved.
本発明の実施形態を、以下詳細に説明するが、本発明は必ずしもそれらに限定されるものではない。各実施形態に関する説明は、特に断りがなければ他の実施形態にも適用できる。 Embodiments of the present invention will be described in detail below, but the present invention is not necessarily limited thereto. The description regarding each embodiment is applicable also to other embodiment unless there is particular notice.
発明者らは、従来技術の課題がある焼結したままの焼結基板について、窒化珪素セラミックス集合基板と耳部に分割する際に、窒化珪素セラミックス集合基板の四隅に発生する亀裂や欠けについて、鋭意検討した結果、窒化珪素セラミックス焼結基板に分割用のスクライブ孔及び貫通孔を形成する本発明に想到した。 The inventors of the present invention have a problem of the prior art, as for the sintered substrate as sintered, when splitting into the silicon nitride ceramic aggregate substrate and the ears, cracks and chips generated at the four corners of the silicon nitride ceramic aggregate substrate, As a result of intensive studies, the present inventors have arrived at the present invention in which a scribe hole and a through hole for division are formed in a silicon nitride ceramic sintered substrate.
本発明に係る窒化珪素セラミックス集合基板の製造方法を、例えば図1、図2を用いて説明する。図1(1a)に示すように、窒化珪素セラミックス焼結基板1に、炭酸ガスレーザ(CO2レーザ)等を用いて、窒化珪素セラミックス焼結基板の外縁10から内側の位置に外縁10に沿ってスクライブ孔13a(非貫通の孔)を複数個形成することで、スクライブ孔の中心間を結ぶ分割線によるブレークライン13(以下、辺ブレークラインという)とする(スクライブ孔形成工程)。以下で「スクライブ孔」は基板を貫通していない孔(非貫通の孔)を指す。
A method for manufacturing a silicon nitride ceramic aggregate substrate according to the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2, for example. As shown in FIG. 1 (1a), the silicon nitride ceramics sintered
ついで、辺ブレークライン13が交差する角部に辺ブレークライン13と傾斜する方向に、いわば角部を面取りするように、窒化珪素セラミックス焼結基板の厚さ方向に貫通するスリット14を形成する(貫通孔形成工程(より詳細にはスリット形成工程))。以下で、「スリット」は一方の面から他方の面に基板を貫通した細長い切り込みを指す。「貫通孔」は一方の面から他方の面に基板を貫通した孔を指す。前記スリット14は、図2(2b)に示すように、複数個の貫通孔を連結して形成されており、貫通孔の中心間を結ぶ分割線によるブレークライン14’(以下、角ブレークラインという)を構成している。
Next, a
ついで、窒化珪素セラミックス焼結基板1の四辺について、各々の耳部を順に撓ませて、辺ブレークライン13と直角な方向に曲げによる引張応力を作用させて、窒化珪素セラミックス集合基板12から四辺の耳部11を分割する(耳部分割工程)。得られた窒化珪素セラミックス集合基板12は、図1(1b)に示すように、四隅の角部が面取りされた矩形を呈している。
Next, with respect to the four sides of the silicon nitride ceramic
ついで、銅回路基板形成工程において窒化珪素セラミックス集合基板12の一方の面に銅の回路板16を複数個接合し(図1(1b)参照)、他方の面に銅の放熱板を複数個接合し(図示せず)、回路板16を接合した側の窒化珪素セラミックス集合基板12の面に第2のスクライブ孔による第2のブレークライン18、18’を形成する。
Next, in the copper circuit board forming step, a plurality of
その後、第2のブレークライン18,18’に沿って窒化珪素セラミックス集合基板12を分割することで、回路形成部(回路基板20に相当)及び縁部17を分離して、各々の回路基板20を得る。回路基板20は、図1(1c)に示すように、銅の回路板16及び銅の放熱板(図示せず)とセラミックス基板部19とを有するものとなる。なお、上述の各特許文献は、第2のスクライブ孔や第2のブレークラインの形成に係るものであり、辺ブレークライン及び角ブレークラインについて言及するものではない。
Thereafter, the silicon nitride
本発明の窒化珪素セラミックス焼結基板の製造方法において、例えば図2(2a)〜(2c)に示すように、辺ブレークライン13同士が交差する角部に辺ブレークライン13と傾斜する方向に、いわば角部を面取りするように、貫通孔14aが連結したスリット14による角ブレークライン14’を形成している。その為、窒化珪素セラミックス焼結基板1を撓ませて、窒化珪素セラミックス集合基板12と耳部11に分割する際に、窒化珪素セラミックス集合基板の四隅に亀裂や欠けを生じることを抑制することができる。
In the method for manufacturing a silicon nitride ceramic sintered substrate according to the present invention, for example, as shown in FIGS. 2 (2a) to (2c), in the direction in which the
本発明の窒化珪素セラミックス焼結基板の製造方法において、例えば図4(4a)〜(4b)に示すように、前記角ブレークラインの貫通孔34a及び前記辺ブレークラインのスクライブ孔13aは断続的に複数個形成されており、前記角ブレークラインの貫通孔34aのピッチは前記辺ブレークラインのスクライブ孔13aのピッチよりも小さいことが好ましい。このようにピッチを変えて、角ブレークライン34が辺ブレークライン13よりも分割し易い状態になると、窒化珪素セラミックス集合基板の四隅の角部で応力の集中が緩和される。
In the method for manufacturing a silicon nitride ceramic sintered substrate of the present invention, for example, as shown in FIGS. 4 (4a) to (4b), the through
本発明の窒化珪素セラミックス焼結基板の製造方法において、例えば図2(2b)〜(2c)に示すように、前記角ブレークライン14’は複数個の貫通孔を連結してなるスリット14であることが好ましい。スリットが基板を貫通することよって、窒化珪素セラミックス集合基板の四隅の角部で応力の集中が特に緩和される。
In the method for producing a sintered silicon nitride ceramic substrate of the present invention, for example, as shown in FIGS. 2 (2b) to (2c), the corner break line 14 'is a
上記の本発明の窒化珪素セラミックス焼結基板の製造方法を用いると、例えば図2(2d)に示すように、面取り面14cにおける複数の凹面部14bのピッチが、側面13cにおける複数の凹面部13bのピッチよりも小さい窒化珪素セラミックス集合基板を得られるので好ましい。スリットを用いると、スクライブ孔による辺ブレークラインの交点となる角部で応力の集中を特に緩和することに繋がる。したがって、窒化珪素セラミックス集合基板では、例えば図4(c)に示すように、面取り面34cにおける複数の凹面部34bはより近接して連なることが好ましい。
When the above method for manufacturing a silicon nitride ceramic sintered substrate of the present invention is used, for example, as shown in FIG. 2 (2d), the pitch of the plurality of
本発明の窒化珪素セラミックス焼結基板の製造方法において、前記スクライブ孔13aは、基板表面における直径は例えば300μm以下、深さは例えば窒化珪素セラミックス集合基板の厚さの1/3以上とする。スクライブ孔の直径は使用するレーザのビームスポット径によるところが大きいが、30〜200μmがより好ましく、50〜150μmが更に好ましい。また、スクライブ孔の深さは、例えば基板厚さが0.32mmの場合、80〜300μmがより好ましく、100〜250μmが更に好ましい。またスクライブ孔のピッチはスクライブ孔直径の2倍以下が好ましく、より好ましくはスクライブ孔直径と等しくするのが良く、特に好ましくは基板を分割したときの割断性で決定するのがよい。このピッチ制御は加工速度制御により調整可能であり、レーザ出力パルス数などと連動させてもよい。
In the method for manufacturing a silicon nitride ceramic sintered substrate of the present invention, the
本発明の窒化珪素セラミックス焼結基板の製造方法において、例えば図2(2c)に示すように、前記スクライブ孔による辺ブレークラインが交差する角部に形成し、貫通孔を連結してなるスリット14は、たとえばスリット幅を30〜200μm、スリットの長さを2.8〜8.4mmとする。貫通孔の直径或いはスリット幅は、20〜150μmがより好ましく、30〜100μmが更に好ましい。スリットの長さは、3.0〜8.0mmがより好ましく、3.5〜7.5mmが更に好ましい。また、貫通孔によるブレークラインは、幅や長さをスリット寸法と同様にすることができる。 In the method for manufacturing a silicon nitride ceramic sintered substrate according to the present invention, for example, as shown in FIG. 2 (2c), slits 14 are formed at the corners where the side break lines by the scribe holes intersect and connect the through holes. For example, the slit width is 30 to 200 μm, and the slit length is 2.8 to 8.4 mm. The diameter or slit width of the through hole is more preferably 20 to 150 μm, and further preferably 30 to 100 μm. The length of the slit is more preferably 3.0 to 8.0 mm, still more preferably 3.5 to 7.5 mm. Moreover, the break line by a through-hole can make width | variety and length the same as a slit dimension.
本発明の窒化珪素セラミックス焼結基板の製造方法において、前記貫通孔による角ブレークライン或いはスリットは、スクライブ孔による辺ブレークラインに対して例えば30°〜60°傾ける。より具体的にはスクライブ孔による辺ブレークラインに対して例えば45°傾けると、基板の面積を無駄なく有効に使えるので好ましい。 In the method for manufacturing a silicon nitride ceramic sintered substrate according to the present invention, the angular break line or slit formed by the through hole is inclined, for example, by 30 ° to 60 ° with respect to the side break line formed by the scribe hole. More specifically, it is preferable to tilt the side break line by, for example, 45 ° with respect to the scribe hole because the area of the substrate can be used effectively without waste.
本発明の窒化珪素セラミックス焼結基板の製造方法において、貫通孔形成工程の後にスクライブ孔形成工程を行ってもよいが、スクライブ孔形成工程の後に貫通孔形成工程を行うのがより好ましい。後者であれば、スクライブ孔による辺ブレークライン同士の交点を貫通孔或いはスリット形成の際の加工の基準点に利用できるため、貫通孔或いはスリットの加工精度が向上する。 In the method for manufacturing a silicon nitride ceramic sintered substrate of the present invention, the scribe hole forming step may be performed after the through hole forming step, but it is more preferable to perform the through hole forming step after the scribe hole forming step. If it is the latter, since the intersection of the side break lines by the scribe hole can be used as a reference point for processing when forming the through hole or slit, the processing accuracy of the through hole or slit is improved.
本発明の窒化珪素セラミックス焼結基板の製造方法において、前記スクライブ孔、前記貫通孔或いは前記スリットは、レーザで形成されることが好ましい。例えば、YAGレーザや炭酸ガスレーザ(CO2レーザ)を用いる。YAGレーザや炭酸ガスレーザの照射によるスクライブ加工は、深い孔を断続的に形成することに適している。 In the method for manufacturing a silicon nitride ceramic sintered substrate according to the present invention, the scribe hole, the through hole or the slit is preferably formed by a laser. For example, a YAG laser or a carbon dioxide laser (CO 2 laser) is used. Scribing by irradiation with a YAG laser or a carbon dioxide laser is suitable for intermittently forming deep holes.
レーザのビームスポットの直径は上述したスクライブ孔直径、貫通孔直径或いはスリット幅と同等のもの或いはより小さいものとする。孔を形成する場合、前記ビームスポットを照射するピッチは、上述したスクライブ孔のピッチや貫通孔のピッチと同様である。スリットを形成する場合、ビームスポットを照射するピッチを例えば100μm以下(詳細には30μm以下、より詳細には20μm以下)などとして、ビームスポット同士を部分的に重ねて連結するように照射する。 The diameter of the laser beam spot is equal to or smaller than the scribe hole diameter, the through hole diameter, or the slit width. When forming the holes, the pitch at which the beam spot is irradiated is the same as the pitch of the scribe holes and the pitch of the through holes described above. In the case of forming the slit, the irradiation is performed so that the beam spots are partially overlapped and connected, for example, by setting the pitch for irradiating the beam spots to 100 μm or less (more specifically, 30 μm or less, more specifically 20 μm or less).
本発明の窒化珪素セラミックス焼結基板の製造方法において、前記貫通孔形成工程では、レーザのビームスポットの走査を複数回繰り返すことが好ましい(例えば、ビームスポットの走査を10回繰り返す)。走査を複数回繰り返して、照射するエネルギー密度を低くする方が、貫通孔の表面(内壁面)に熱衝撃による亀裂が形成され難くなるため、窒化珪素セラミックス集合基板と耳部を分割する際に、亀裂の進展や欠けを生じることを抑制することにつながる。 In the method for manufacturing a silicon nitride ceramic sintered substrate of the present invention, it is preferable that the laser beam spot scanning is repeated a plurality of times (for example, the beam spot scanning is repeated 10 times) in the through hole forming step. When the energy density to be irradiated is lowered by repeating scanning a plurality of times, cracks due to thermal shock are less likely to be formed on the surface (inner wall surface) of the through hole. , Leading to the suppression of crack growth and chipping.
本発明の窒化珪素セラミックス焼結基板の製造方法において、角ブレークラインは耳部に突出させることが好ましい。角ブレークラインの突出長が、スリットの形成に用いたレーザのビームスポット直径より大きく、且つ3.5mm未満であることがより好ましい。 In the method for manufacturing a silicon nitride ceramic sintered substrate of the present invention, it is preferable that the corner break line protrudes from the ear portion. More preferably, the protruding length of the angular break line is larger than the beam spot diameter of the laser used for forming the slit and less than 3.5 mm.
例えば図2(2b)〜(2c)に示すように、角ブレークライン14’がスリット14で構成される場合、突出長L1がレーザのビームスポット直径より大きいと、窒化珪素セラミックス集合基板と耳部を分割する際に、スリットに隣接する辺ブレークラインの交差部に発生するバリの生成を抑制することができる。また、窒化珪素セラミックス集合基板と耳部に分割するときに、角部が面取り部に残ることを防止できる。窒化珪素セラミックス集合基板の辺にバリがあると、その後の銅回路基板形成工程において、辺で位置合わせを行う際に位置ずれを生じる虞があるので、バリの生成を抑制するのが好ましい。また、スリットの突出長L1を3.5mm以上にすると、窒化珪素セラミックス集合基板と耳部を分割する際に、耳部がスリットの延長線上で分断されやすくなり、除去作業の工数が増え、また加工時間も長くなり、不経済となる為である。
For example, as shown in FIGS. 2 (2b) to (2c), when the corner break line 14 'is constituted by the
例えば図4(4a)〜(4b)に示すように、角ブレークラインが断続的に形成した貫通孔で構成される場合、突出長L2がレーザのビームスポット直径より大きいと、窒化珪素セラミックス集合基板と耳部を分割する際に、角ブレークライン34に隣接する辺ブレークライン13の交差部に発生するバリの生成を低減することができる。なお、窒化珪素セラミックス集合基板と耳部に分割するときに、例えば三角形状の角部が面取り部に残る場合には、個別に取り除くことが好ましい。また、角ブレークラインの突出長L2を3.5mm以上にすると、窒化珪素セラミックス集合基板と耳部を分割する際に、耳部がスリットの延長線上で分断されやすくなり、除去作業の工数が増え、また加工時間も長くなり、不経済となる為である。
For example, as shown in FIGS. 4 (4 a) to (4 b), when the angular break line is composed of intermittently formed through holes, if the protruding
本発明に係る窒化珪素セラミックス焼結基板及び窒化珪素セラミックス集合基板は、厚さを例えば0.2mmから1.0mmとする。より具体的には厚さを例えば0.25mmから0.65mmとする。本発明に係る窒化珪素セラミックス焼結基板及び窒化珪素セラミックス集合基板では、破壊靱性値を例えば5.0MPa・m1/2以上とする。より具体的には破壊靱性値を例えば5.0〜7.5MPa・m1/2とする。 The silicon nitride ceramic sintered substrate and the silicon nitride ceramic aggregate substrate according to the present invention have a thickness of 0.2 mm to 1.0 mm, for example. More specifically, the thickness is set to 0.25 mm to 0.65 mm, for example. In the silicon nitride ceramic sintered substrate and the silicon nitride ceramic aggregate substrate according to the present invention, the fracture toughness value is, for example, 5.0 MPa · m 1/2 or more. More specifically, the fracture toughness value is set to, for example, 5.0 to 7.5 MPa · m 1/2 .
前記した従来技術(特許文献1,2)は窒化珪素セラミックス焼結基板から窒化珪素セラミックス集合基板を製造する技術に係るものではないが、窒化珪素セラミックス焼結基板に対してブレークラインの交点に菱形形状或いは三角形状のくり抜き部を多数形成するので、肉抜きされる体積が大きい。肉抜きによって、窒化珪素セラミックス焼結基板が有する残留応力が緩和され、窒化珪素セラミックス焼結基板の反りが低減される。しかし、くり抜き部形成の前後において、窒化珪素セラミックス焼結基板の反り量が変わると、窒化珪素セラミックス焼結基板の辺或いは特定のマーキングで位置合わせを行っている場合に、位置ずれを生じるおそれがある。
The above prior arts (
他方、本発明の窒化珪素セラミックス焼結基板の製造方法において、前記スクライブ孔による辺ブレークラインが交差する角部に形成する貫通孔による角ブレークライン或いはスリットは、その長さに比べて細幅である為、菱形形状或いは三角形状のくり抜き部の形状に比べて、窒化珪素セラミックス焼結基板の反り等の変形が抑制される。加えて、窒化珪素セラミックス焼結基板の辺或いは特定のマーキングで位置合わせを行っている場合に、位置ずれを生じ難い。 On the other hand, in the method for manufacturing a silicon nitride ceramic sintered substrate of the present invention, the corner break line or slit formed by the through hole formed at the corner portion where the side break line formed by the scribe hole intersects is narrower than the length thereof. For this reason, deformation such as warpage of the silicon nitride ceramic sintered substrate is suppressed as compared with the shape of the diamond-shaped or triangular cut-out portion. In addition, misalignment is unlikely to occur when alignment is performed on the side of the silicon nitride ceramics sintered substrate or specific marking.
以下、本発明について実施例に基づき具体的に説明する。なお、本発明は下記の実施例に必ずしも限定されない。 Hereinafter, the present invention will be specifically described based on examples. In addition, this invention is not necessarily limited to the following Example.
(実施例1)
窒化珪素セラミックスを形成する為の原料において、主原料に窒化珪素粉末を用い、焼結助剤に2質量%のMgO及び3質量%のY2O3を用いて、作製したシート成形体を窒素雰囲気中にて最高温度1850℃保持時間5時間で焼結して、厚さ0.32mm、縦150mm及び横200mmで矩形の窒化珪素セラミックス焼結基板1を作製した。炭酸ガスレーザを用いて、窒化珪素セラミックス焼結基板1の外縁10から内側の位置に外縁10に沿ってスクライブ孔13aによる辺ブレークライン13を形成した(スクライブ孔形成工程)。スクライブ孔13aは、基板表面において最大径が50μm、深さが150μm、ピッチが100μmであり、図1(1a)に示すようにスクライブ孔13aによる辺ブレークライン13を四辺の各々に沿って形成した。耳部11の幅は5mmとした。
Example 1
In the raw material for forming silicon nitride ceramics, a silicon nitride powder is used as a main raw material, and 2% by mass of MgO and 3% by mass of Y 2 O 3 are used as sintering aids. Sintering was performed at a maximum temperature of 1850 ° C. for 5 hours in an atmosphere to produce a silicon nitride ceramic
続けて、炭酸ガスレーザ(出力100W)を用いて、レーザのビームスポットの走査を1回として、スクライブ孔13aによる辺ブレークライン13の交差する角部(4箇所)の各々に辺ブレークライン13と45°傾斜する方向に、L1だけ突出した位置から貫通孔を連続的に形成していくことで、貫通孔が連結してなるスリット14を形成した(スリット形成工程)。
レーザのビームスポットの直径=0.07mm
加工速度=15mm/s
スリットの突出長L1=0.7mm
スリットの全長=4.2mm
基板表面におけるスリット幅=0.10mm
Subsequently, using a carbon dioxide laser (output: 100 W), the laser beam spot is scanned once, and the
Laser beam spot diameter = 0.07 mm
Processing speed = 15mm / s
Slit protrusion length L1 = 0.7mm
Overall length of slit = 4.2mm
Slit width on substrate surface = 0.10 mm
実施例1の図1(1a)の窒化珪素セラミックス集合基板12中の左下部分に着目し、スリット14近傍の様子を図2(2a)に示し、レーザスポットを照射する様子を図2(2b)に拡大して示した。すなわち、窒化珪素セラミックス焼結基板1の面に、1列に並ぶように複数個のスクライブ孔13aを形成することで辺ブレークライン13とした。スクライブ孔13aによる辺ブレークライン13同士の交差する角部において、辺ブレークライン13と45°傾斜する方向に、位置をずらしながらレーザスポットを照射して、複数個の貫通孔14aを重ねて角ブレークライン14’を形成することによって、図2(2c)に示すように基板を貫通するスリット14とした。スリット14の内壁は、貫通孔に由来する凹面部14bを複数個有しており、凹面部14bのピッチは、スクライブ孔13aのピッチより小さいものとした。
Focusing on the lower left part in the silicon nitride ceramic
図1(1a)に係る窒化珪素セラミックス焼結基板1を撓ませて、辺ブレークライン13で割って窒化珪素セラミックス集合基板12と耳部11に分割した。窒化珪素セラミックス焼結基板1を複数個形成しておいて、そのうちの5個から耳部を分割してなる試料について、窒化珪素セラミックス集合基板の面取り面及び側面に相当する箇所をレーザ顕微鏡で観察した。窒化珪素セラミックス集合基板の面取り面に隣接する側面(レーザ加工面及び破断面)において、亀裂、バリ及び割れは皆無であった(0%)。また、角部15は耳部に付属した状態で分離されたので、単独の端材としては生成されなかった。
The silicon nitride ceramic
なお、図2(2d)に示すように、窒化珪素セラミックス焼結基板から耳部を分割して除去した窒化珪素セラミックス集合基板12は、面取り面の凹面部14bのピッチが、側面(耳部の分離で形成される側面)におけるスクライブ孔13aに由来する凹面部13bのピッチよりも小さいものとなった。この構成は、耳部を分割する際に角部で応力の集中が緩和されたことによって、面取り面と側面の間に亀裂や欠けが形成されなかった。
As shown in FIG. 2 (2d), the silicon nitride ceramic
この窒化珪素セラミックス集合基板12にロウ材をスクリーン印刷法で塗布した。ロウ材は、70質量%のAg、3質量%のIn、及び27質量%のCu(合計100質量部)からなる合金粉末に対して0.3質量部のTiH2を添加し、さらに有機溶剤、有機バインダーを添加して混練してペーストとしたものを使用した。ロウ材を塗布した窒化珪素セラミックス集合基板を乾燥した後、表側及び裏側にそれぞれ0.3mmの銅板を接触配置し、加圧しながら800℃、20分、真空中で熱処理し、窒化珪素セラミックス集合基板と(回路板と放熱板となる)銅板との接合体を作製した。窒化珪素セラミックス集合基板及び銅板の間には、厚さがおよそ30μmのロウ材の層が形成されている。
A brazing material was applied to the silicon nitride ceramic
得られた接合体の銅板上に、紫外線で硬化可能なエッチングレジストインクを塗布した後、紫外線を照射してエッチングレジストインクを硬化させてレジスト膜のパターンを形成した。このエッチングレジストインクには、アルカリ剥離型のものを用いた。 On the copper plate of the obtained joined body, an etching resist ink curable with ultraviolet rays was applied, and then the etching resist ink was cured by irradiating with ultraviolet rays to form a resist film pattern. As this etching resist ink, an alkali peeling type ink was used.
30℃に保持した塩化銅ベースエッチング液(塩化銅、塩酸及び過酸化水素を含む混合液)でエッチング処理を行い、回路板或いは放熱板のパターン外となる不要な銅板(すなわち、レジスト膜で被覆されていない部分の銅板)の除去を行った。 Etching with a copper chloride base etchant (mixed solution containing copper chloride, hydrochloric acid and hydrogen peroxide) maintained at 30 ° C., and an unnecessary copper plate outside the pattern of the circuit board or heat sink (ie, coated with a resist film) The portion of the copper plate that has not been removed) was removed.
ついで、ロウ材が銅板よりはみ出している部分(ロウ材のはみ出し部)を除去するため、第1のろう材エッチング処理(カルボン酸及び/又はカルボン酸塩、並びに過酸化水素を含む酸性の溶液によるエッチング処理)、及び第2のろう材エッチング処理(フッ化水素アンモニウム及び過酸化水素を含む溶液によるエッチング処理)を順に行って、ロウ材のはみ出し部を除去した。 Next, in order to remove the portion where the brazing material protrudes from the copper plate (the protruding portion of the brazing material), the first brazing material etching treatment (with an acidic solution containing carboxylic acid and / or carboxylate salt and hydrogen peroxide) Etching treatment) and second brazing material etching treatment (etching treatment with a solution containing ammonium hydrogen fluoride and hydrogen peroxide) were sequentially performed to remove the protruding portion of the brazing material.
ついで、接合体を、3質量%の水酸化ナトリウム水溶液に浸漬して、レジスト膜を除去した。次いで、化学研磨、及びイオン交換水による洗浄を経た後に、表側の銅板(回路板)及び裏側の銅板(放熱板)にNiメッキを施した。この化学研磨は、光沢処理を狙って、硫酸ベースの一般市販液を用いて行った。 Subsequently, the joined body was immersed in a 3% by mass aqueous sodium hydroxide solution to remove the resist film. Subsequently, after chemical polishing and cleaning with ion-exchanged water, Ni plating was applied to the front side copper plate (circuit board) and the back side copper plate (heat radiating plate). This chemical polishing was performed using a sulfuric acid-based general commercial solution for the purpose of gloss treatment.
このようにして、Niメッキした銅の回路板16及び銅の放熱板(図示せず)を複数組接合した回路基板の集合体を得た。ついで、スクライブ孔による第2のブレークライン18,18’を形成して、四辺の縁部17を分割することで図1(1c)に示すように銅の回路板16及び銅の放熱板(図示せず)とセラミックス基板部19とを有する回路基板20を複数個得た。
In this manner, an assembly of circuit boards in which a plurality of sets of Ni-plated
(実施例2)
図1のスリット14を図3のスリット24に変更したこと以外は、実施例1と同様にした。スリット24は、スリットの突出長L1=0mmとして、スリット14の全長を短くしたものである。得られた窒化珪素セラミックス焼結基板を撓ませて、辺ブレークライン13で割って窒化珪素セラミックス集合基板と耳部に分割すると、窒化珪素セラミックス集合基板の面取り面に隣接する側面(レーザ加工面及び破断面)において、この例でも亀裂及び割れの発生はなかった。また、面取り面における複数の凹面部のピッチは、側面における複数の凹面部のピッチよりも小さいものとなっていた。ただし、窒化珪素セラミックス集合基板12において側面の面取り面近傍に公差を超えるバリが形成される割合が2%となった。バリが形成されなかった窒化珪素セラミックス集合基板に銅の回路板及び銅の放熱板を複数組形成し、分割することで、実施例1と同様の回路基板を得た。実施例2ではバリが形成される割合が2%となった(歩留り98%)が、問題とならない範囲である。
(Example 2)
1 except that the
(実施例3)
実施例3は、図1のスリット14を図4(4a)の貫通孔による角ブレークライン34に変更し、スクライブ孔13aのピッチを変更した。他の条件は、実施例1と同様にした。すなわち、窒化珪素セラミックス焼結基板1の面に、1列に並ぶように複数個のスクライブ孔13aを形成することで辺ブレークライン13とした。辺ブレークライン13の交差する角部において、辺ブレークライン13と45°傾斜する方向に、間隔をおいてレーザスポットを照射して、図4(4b)に示すように複数個の貫通孔34aによる角ブレークライン34を形成した。ここでは、L2=L1とした。貫通孔34aのピッチ、すなわち、ビームスポットを照射するピッチを150μmとした。スクライブ孔13aによる辺ブレークライン13は、ビームスポットを照射するピッチを200μmとした。
(Example 3)
In Example 3, the
窒化珪素セラミックス焼結基板を撓ませて、辺ブレークライン13で割って窒化珪素セラミックス集合基板12と耳部11に分割すると、窒化珪素セラミックス集合基板12の面取り面34cに隣接する側面(レーザ加工面及び破断面)において、亀裂及び割れの発生はなかった。図4(4c)に示すように、窒化珪素セラミックス集合基板12は、面取り面34cにおける複数の凹面部34b(貫通孔34aに由来する凹面部)のピッチが、側面13cにおける複数の凹面部13b(スクライブ孔13aに由来する凹面部)のピッチよりも小さい。ただし、窒化珪素セラミックス集合基板12において側面の面取り面近傍に公差を超えるバリが形成される割合が4%となった。バリが形成されなかった窒化珪素セラミックス集合基板に銅の回路板及び銅の放熱板を複数組形成し、分割することで、実施例1と同様の回路基板を得た。実施例3ではバリが形成される割合が4%となったが(歩留り96%)、製造の歩留りとしては許容される範囲である。
When the silicon nitride ceramic sintered substrate is bent and divided by the
(比較例1)
図5の(5a)で示すように、図1のスリットに代えてスクライブ孔(未貫通孔)による角ブレークライン114(孔深さ等の条件はスクライブ孔の辺ブレークライン13及び113と同じ)を斜めに形成したこと(すなわち、スリット形成工程を面取り用スクライブ孔形成工程に変更したこと)以外は、実施例1と同様にした。
(Comparative Example 1)
As shown in FIG. 5 (5a), a
比較例1の製造方法は、基本的には実施例1と同様であるが、窒化珪素セラミックス集合基板112と耳部111を分割するためのスクライブ孔形成工程と、面取り用のスクライブ孔形成工程を備えるものとした。スクライブ孔形成工程は、窒化珪素焼結基板101の外縁から内側の位置に外縁に沿ってスクライブ孔1113aの辺ブレークライン113を形成した。面取り用スクライブ孔形成工程は、スクライブ孔形成工程によるスクライブ孔の辺ブレークライン113の交差する角部に辺ブレークライン113と45°傾斜する方向に面取り用のスクライブ孔による角ブレークライン114を形成するものとした。これらの工程によって、図5(5a)に係る窒化珪素セラミックス焼結基板101を作製した。
The manufacturing method of Comparative Example 1 is basically the same as that of Example 1, except that a scribe hole forming step for dividing the silicon nitride ceramic
比較例1の窒化珪素セラミックス焼結基板101を撓ませて、窒化珪素セラミックス集合基板112と耳部111に分割した後、残った三角形状の角部115を折り曲げて分割し、除去した。窒化珪素セラミックス集合基板の面取り面に隣接する側面(レーザ加工面及び破断面)において、バリ及び割れの発生はなかったが、図5の(5b)の窒化珪素セラミックス集合基板112’に示すような亀裂134,136が形成される割合は8%となった(歩留り92%)。実施例(目標歩留り95%以上)に比べて歩留りが低くなった。
After the silicon nitride ceramic
(比較例2)
図6の(6a)で示すように、スリット形成工程を行わないこと以外は、実施例1と同様にした。
(Comparative Example 2)
As shown in (6a) of FIG. 6, the same procedure as in Example 1 was performed except that the slit forming step was not performed.
比較例2の製造方法は、基本的には実施例1と同様であるが、窒化珪素セラミックス集合基板212と耳部211を分割するためのスクライブ孔形成工程として、窒化珪素焼結基板201の外縁から内側の位置に外縁に沿ってスクライブ孔213aによる辺ブレークライン213を形成しただけのものである。この工程によって、図6(6a)に係る窒化珪素セラミックス焼結基板201を作製した。
The manufacturing method of Comparative Example 2 is basically the same as that of Example 1, except that the outer edge of the silicon
比較例2の窒化珪素セラミックス焼結基板を撓ませて、窒化珪素セラミックス集合基板212と耳部211に分割すると、窒化珪素セラミックス集合基板の側面(レーザ加工面及び破断面)において、バリの発生はなかったが、亀裂、欠けが形成される割合が8%であった。さらに、窒化珪素セラミックス集合基板212に図6(6b)で示すような割れ(割れた角部238が分離)が形成される割合が3%であった。実施例に比べて製造の歩留りがかなり低くなり(歩留り89%)、量産には適さないものと判断された。
When the silicon nitride ceramic sintered substrate of Comparative Example 2 is bent and divided into the silicon nitride ceramic
1:窒化珪素セラミックス焼結基板、10:外縁、
11:耳部、12:窒化珪素セラミックス集合基板、
13:辺ブレークライン、13a:スクライブ孔、
13b:側面の凹面部、13c:側面、
14:スリット、14’:角ブレークライン、
14a:貫通孔、14b:面取り面の凹面部、14c:面取り面、
15:三角形状の角部、
16:銅の回路板、 17:縁部、
18,18´:第2のブレークライン、
19:セラミックス基板部、 20:回路基板、
24:スリット、
34:角ブレークライン、34a:貫通孔、
34b:面取り面の凹面部、34c:面取り面、
101:窒化珪素セラミックス焼結基板、 111:耳部、
112,112’:窒化珪素セラミックス集合基板、
113:辺ブレークライン、113a:スクライブ孔、
114:角ブレークライン、 115:三角形状の角部、
134:亀裂、 136:亀裂、
201:窒化珪素セラミックス焼結基板、 211:耳部、
212:窒化珪素セラミックス集合基板、
213:辺ブレークライン、213a:スクライブ孔、
238:割れた角部
1: silicon nitride ceramic sintered substrate, 10: outer edge,
11: Ear part, 12: Silicon nitride ceramic aggregate substrate,
13: Side break line, 13a: Scribe hole,
13b: concave portion on the side surface, 13c: side surface,
14: slit, 14 ': corner break line,
14a: a through hole, 14b: a concave portion of a chamfered surface, 14c: a chamfered surface,
15: Triangular corner,
16: Copper circuit board, 17: Edge,
18, 18 ′: second break line,
19: Ceramic substrate part, 20: Circuit board,
24: slit,
34: Square break line, 34a: Through hole,
34b: concave portion of the chamfered surface, 34c: chamfered surface,
101: Sintered silicon nitride ceramic substrate, 111: Ear part,
112, 112 ': Silicon nitride ceramics aggregate substrate,
113: Side break line, 113a: Scribe hole,
114: Corner break line, 115: Triangular corner,
134: crack, 136: crack,
201: Sintered silicon nitride ceramic substrate 211: Ear part
212: Silicon nitride ceramic aggregate substrate,
213: Side break line, 213a: Scribe hole,
238: Broken corner
Claims (6)
前記窒化珪素セラミックス集合基板と耳部を分割するための、スクライブ孔形成工程と、貫通孔形成工程とを備え、
前記スクライブ孔形成工程は、前記窒化珪素セラミックス焼結基板の外縁から内側の位置に前記外縁に沿ってスクライブ孔による辺ブレークラインを形成し、
前記貫通孔形成工程は、前記辺ブレークラインの交差する角部に前記辺ブレークラインと傾斜する方向に貫通孔による角ブレークラインを形成し、
前記角ブレークラインは複数個の貫通孔を連結してなるスリットであることを特徴とする窒化珪素セラミックス焼結基板の製造方法。 A silicon nitride ceramic aggregate substrate having a circuit forming portion and an edge portion for taking a large number of circuit boards from a rectangular silicon nitride ceramic sintered substrate having ears around the silicon nitride ceramic aggregate substrate A method of manufacturing a silicon nitride ceramic sintered substrate,
A scribe hole forming step for dividing the silicon nitride ceramic aggregate substrate and the ear portion, and a through hole forming step,
The scribe hole forming step forms a side break line by the scribe hole along the outer edge from the outer edge of the silicon nitride ceramic sintered substrate to the inner position,
The through hole forming step forms a corner break line by a through hole in a direction inclined with the side break line at a corner portion where the side break line intersects ,
The method for manufacturing a silicon nitride ceramics sintered substrate, wherein the corner break line is a slit formed by connecting a plurality of through holes .
前記窒化珪素セラミックス集合基板と耳部を分割するための、スクライブ孔形成工程と、貫通孔形成工程とを備え、A scribe hole forming step for dividing the silicon nitride ceramic aggregate substrate and the ear portion, and a through hole forming step,
前記スクライブ孔形成工程は、前記窒化珪素セラミックス焼結基板の外縁から内側の位置に前記外縁に沿ってスクライブ孔による辺ブレークラインを形成し、The scribe hole forming step forms a side break line by the scribe hole along the outer edge from the outer edge of the silicon nitride ceramic sintered substrate to the inner position,
前記貫通孔形成工程は、前記辺ブレークラインの交差する角部に前記辺ブレークラインと傾斜する方向に貫通孔による角ブレークラインを形成し、The through hole forming step forms a corner break line by a through hole in a direction inclined with the side break line at a corner portion where the side break line intersects,
前記角ブレークラインの貫通孔及び前記辺ブレークラインのスクライブ孔は断続的に複数個形成されており、前記角ブレークラインの貫通孔のピッチは前記辺ブレークラインのスクライブ孔のピッチよりも小さいことを特徴とする窒化珪素セラミックス焼結基板の製造方法。The plurality of through holes in the corner break line and the scribe holes in the side break line are intermittently formed, and the pitch of the through holes in the corner break line is smaller than the pitch of the scribe holes in the side break line. A method for producing a silicon nitride ceramics sintered substrate, characterized in that:
前記耳部分割工程は、前記辺ブレークラインで、窒化珪素セラミックス焼結基板を耳部と窒化珪素セラミックス集合基板とに分割することを特徴とする窒化珪素セラミックス集合基板の製造方法。 A method for producing a silicon nitride ceramic sintered substrate according to any one of claims 1 to 4, a further method for producing a silicon nitride ceramic assembled board by adding ears dividing step,
The method of manufacturing a silicon nitride ceramic aggregate substrate, wherein the ear portion dividing step divides the silicon nitride ceramic sintered substrate into an ear portion and a silicon nitride ceramic aggregate substrate along the side break line.
面取り面における複数の凹面部のピッチが、側面における複数の凹面部のピッチよりも小さいことを特徴とする窒化珪素セラミックス集合基板。
A rectangular silicon nitride ceramic aggregate substrate having a circuit forming portion and an edge for taking a large number of circuit boards, and having chamfered corners,
A silicon nitride ceramics aggregate substrate, wherein the pitch of the plurality of concave portions on the chamfered surface is smaller than the pitch of the plurality of concave portions on the side surface.
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