1세라믹 회로판의 개발 배경
The first-generation semiconductor technology represented by silicon (Si) and germanium (Ge) materials is mainly used in the field of data computing and lays the foundation for the microelectronics industry2세대 반도체인 갈륨 아르세나이드 (GaAs) 와 인디엄 포스피드 (InP) 는 통신 분야에서 주로 고성능 마이크로파를 생산하는데 사용됩니다.밀리미터 파동 및 빛 방출 장치, 정보 산업의 기초를 마련합니다. 기술 개발과 응용 요구의 지속적인 확장에 따라 두 가지의 한계가 점차적으로 나타났습니다.고주파의 사용 요구 사항을 충족시키는 것을 어렵게 만드는, 높은 온도, 높은 전력, 높은 에너지 효율, 열악한 환경에 대한 저항, 가볍고 소형화.세 번째 세대 반도체 재료로 대표되는 실리콘 탄화물 (SiC) 및 갈륨 질산 (GaN) 은 큰 대역 간격의 특징을 가지고 있습니다., 높은 비판적 분해 전압, 높은 열 전도성, 높은 운반자 포화 유동 속도. 그들의 생산 전자 장치는 300 °C 이상의 온도에서 안정적으로 작동 할 수 있습니다.그리고 반도체 조명 분야에서 광범위한 응용 가능성을 가지고 있습니다., 자동차 전자, 새로운 세대 이동 통신 (5G), 새로운 에너지 및 새로운 에너지 차량, 고속 철도 운송, 소비 전자 및 기타 분야.응용 전망은 전통적인 반도체 기술의 병목을 뚫을 것으로 예상됩니다., 1세대와 2세대 반도체 기술을 보완하고 광전자 장치, 전력전자, 자동차 전자제품에서 중요한 응용 가치를 가지고 있습니다.항공우주 및 기타 분야세 번째 세대의 반도체의 증가와 응용으로 반도체 장치는 점차 높은 전력, 소형화, 통합 및 다기능 방향으로 발전하고 있습니다.또한 포장 기판의 성능에 대한 더 높은 요구 사항을 제시합니다.세라믹 회로 보드는 높은 열 전도성, 좋은 열 저항성, 낮은 열 확장 계수, 높은 기계적 강도, 좋은 단열성,부식 저항성, 방사능 저항성 등으로 전자 장치 포장재에 널리 사용됩니다.
2세라믹 회로 보드의 기술 분류 세라믹 회로 보드는 세라믹 기판과 금속 회로 층을 포함한다.
전자 포장재의 경우, 포장재 기판은 전과 다음을 연결하는 데 핵심적인 역할을 합니다. 내부와 외부 열 분산 채널을 연결하는 것입니다.그리고 전기적 상호 연결 및 기계적 지원과 같은 기능을 가지고 있습니다.세라믹은 높은 열 전도성, 좋은 열 저항성, 높은 기계적 강도 및 낮은 열 팽창 계수 등의 장점이 있습니다.그것은 일반적으로 전력 반도체 장치 포장용 기판 재료로 사용됩니다.각기 다른 준비 원리와 과정에 따라 현재 일반적으로 사용되는 세라믹 기판은 얇은 필름 세라믹 기판 (TFC), 두꺼운 인쇄 세라믹 기판 (TPC) 으로 나눌 수 있습니다.,그리고 직결된 구리 세라믹 서브스트라트 (DBC), 직접 접착된 구리 세라믹 서브스트라트 (DPC) 등.이 문서에서는 일반적으로 사용되는 세라믹 기판 재료의 물리적 특성을 분석합니다., AlN, Si3N4, BeO, SiC 및 BN 등), 다양한 세라믹 기판의 준비 원칙, 공정 흐름 및 기술적 특성을 소개하는 데 중점을두고 있습니다.
2.1 얇은 필름 세라믹 회로판
얇은 필름 세라믹 회로 보드 (TFC) 는 얇은 필름 회로로도 알려져 있으며, 일반적으로 스프터링 과정을 사용하여 세라믹 기판 표면에 금속 층을 직접 퇴적합니다.그리고 사진 리토그래피를 사용합니다, 개발, 에칭 및 다른 프로세스를 통해 금속층을 회로로 패턴화합니다. TFC가 고정도 광 저항 물질로 사용되기 때문에,사진 리토그래피 및 에칭 기술과 결합, TFC의 특징은 선 너비 / 틈 너비 10μm 미만의 높은 패턴 정확성입니다. TFC는 얇은 필름 콘덴서, 얇은 필름 인덕터,얇은 필름 저항 및 세라믹 기판에 분산된 파라미터 회로 구성 요소그것은 구성 요소 매개 변수, 높은 정밀도, 좋은 온도 및 주파수 특성을 넓은 범위를 가지고 있습니다. 그것은 밀리미터 파도 대역에서 작동 할 수 있으며 높은 수준의 통합을 가지고 있습니다.작은 크기 때문에이 제품은 주로 통신 분야에서 소전류 장치에 사용됩니다. 높은 작동 주파수와 기생 요소가 회로 성능에 미치는 큰 영향으로 인해TFC 자체는 크기가 작고 구성 요소 밀도가 높습니다.따라서 회로 설계, 기판 및 필름 패턴에 매우 높은 정확성과 일관성 요구 사항이 있습니다.
2.2 두꺼운 필름 세라믹 회로판
TPC 기판은 높은 온도에서 스크린 프린팅, 건조 및 시너링을 통해 세라믹 기판에 금속 용액을 코팅하여 준비 할 수 있습니다.금속 매일의 점성과 스크린 망의 크기에 따라, 준비된 금속 회로 층의 두께는 일반적으로 10μm ~ 20μm입니다. 스크린 프린팅 프로세스의 한계 때문에,TPC 기판은 고정밀 라인을 얻을 수 없습니다 (최저 라인 너비/라인 간격은 일반적으로 100μm 이상입니다)또한 합금 온도를 낮추고 금속층과 세라믹 기판 사이의 결합 강도를 향상시키기 위해일반적으로 금속 매료에 약간의 유리 단계가 추가됩니다., 이것은 금속 층의 전기 및 열 전도성을 감소시킬 것입니다. 따라서,TPC 기판은 회로 정확성에 대한 높은 요구 사항이없는 전자 장치 (자동차 전자제품 등) 의 포장에만 사용됩니다..
2.3 세라믹 기판에 직접 접착
DBC 세라믹 기판을 준비하기 위해 먼저 구리 필름 (Cu) 과 세라믹 기판 (Al2O3 또는 AN) 사이에 산소 원소를 삽입합니다.그 다음 CuO 유텍틱 단계가 약 1065°C에서 형성됩니다 (금속 구리의 녹는점은 1083°C입니다), 그 다음 세라믹 기판과 결합됩니다. 필름과 구리 포일은 구리 포일과 세라믹 사이의 유텍틱 결합을 달성하여 CuAlO2 또는 Cu ((AO2) 2를 생성하는 반응을합니다.세라믹 과 구리 는 열 이 잘 전달 되기 때문 이다, 그리고 구리 필름과 세라믹 사이의 eutectic 결합 강도는 높습니다, DBC 기판은 높은 열 안정성을 가지고 있으며 고립 게이트 양극 다이오드 (GBT) 에 널리 사용되었습니다.레이저 (LD) 및 집중형 태양광 (CPV) 및 다른 장치가 열 분비를 위해 포장되고 있습니다.DBC 기판 구리 필름은 큰 두께 (일반적으로 100μm-600μm) 를 가지고 있으며, 높은 온도 및 높은 전류와 같은 극단적인 환경에서 장치 포장 응용 프로그램의 요구를 충족시킬 수 있습니다.DBC 기판은 실용적인 응용에서 많은 장점을 가지고 있지만, eutectic 온도와 산소 함량은 높은 장비와 프로세스 통제가 필요한 준비 과정에서 엄격하게 통제되어야하며 생산 비용은 또한 높습니다.또한, 두꺼운 구리 발열의 제한으로 인해 고 정밀 회로 층을 준비하는 것이 불가능합니다. DBC 기판 준비 과정에서,산화 시간과 산화 온도는 두 가지 가장 중요한 매개 변수입니다.. 구리 포일이 사전 산화 된 후, 결합 인터페이스는 Al2O3 세라믹과 구리 포일을 습하게 할 수있는 충분한 CuxOy 단계를 형성 할 수 있으며 높은 결합 강도를 가지고 있습니다.구리 필름이 사전 산화되지 않은 경우, CuxOy 수분성이 떨어지고 결합 인터페이스는 많은 빈 공간과 결함이 남아있어 결합 강도와 열 전도성을 감소시킵니다.DBC 서브스트라트를 AlN 세라믹을 사용하여 제조하기 위해, 세라믹 기판은 먼저 Al2O3 필름을 형성하기 위해 사전 산화되어야 하고, 그 후 구리 필름과 반응하여 유텍스 반응을 생성해야합니다.시 젠준 등은 DBC 기술을 사용하여 Cu/Al2O3 및 Cu/AlN 세라믹 기판을 준비했습니다.구리 포일과 AlN 세라믹 사이의 결합 강도는 8N/mm를 초과했습니다. 구리 포일과 AlN 사이에 두께 2μm의 전환 층이있었습니다.그 구성 요소는 주로 Al2O3와 CuAlO2입니다.그리고 Cu2O.
2.4 세라믹 기판의 직접 가전화
DPC 세라믹 기판 준비 과정은 다음과 같습니다. 먼저, 레이저를 사용하여 세라믹 기판에 구멍을 통해 준비합니다 (열개는 일반적으로 60μm ~ 120μm입니다).그리고 그 다음 초음파는 세라믹 기판을 청소하는 데 사용됩니다· 매그네트론 스프터링 기술을 사용하여 세라믹 기판의 표면에 금속 씨앗 층을 저장합니다 (Ti/ Cu),그 다음 사진 리토그래피와 개발을 통해 회로 계층 생산을 완료; 구멍을 채우고 금속 회로 층을 두꺼워하기 위해 전자기 접착을 사용하여 표면 처리를 통해 기판의 용접성과 산화 저항성을 향상시킵니다.그리고 마지막으로 건조한 필름을 제거하고 기판 준비를 완료하기 위해 씨앗 층을 발각합니다.DPC 세라믹 기판 준비의 앞쪽 끝은 반도체 마이크로 프로세싱 기술을 사용합니다 (스프터 코팅, 광 리토그래피, 개발 등),그리고 뒷면에는 인쇄 회로 보드 (PCB) 준비 기술 (그래픽 플래팅) 이 사용됩니다.(1) 반도체 마이크로 가공 기술을 사용하여,세라믹 기판의 금속 회로는 더 얇습니다 (선 너비/선 간격은 30μm~50μm까지 낮을 수 있습니다), 회로 계층의 두께와 관련이 있으므로 DPC 기판은 더 높은 정렬 정확성 요구 사항이있는 응용 프로그램에 매우 적합합니다. 고품질의 마이크로 전자 장치 포장;(2) 레이저 뚫기 및 가전화 구멍 채우기 기술을 사용하여 세라믹 기판의 상부/하부 표면에 수직 상호 연결을 달성합니다., 전자 장치의 3차원 포장 및 통합을 달성 할 수 있으며 장치 부피를 줄일 수 있습니다.(3) 전자기 성장은 회로 층의 두께를 제어하는 데 사용됩니다 (일반적으로 10μm ~ 100μm), 고온 및 고전류 장치의 포장 요구 사항을 충족시키기 위해 회로 계층의 표면 거름이 밀림으로 감소합니다.(4) 낮은 온도 (300°C 이하) 의 준비 과정은 기판 재료의 고온 손상을 피하고 금속 회로 층에 부정적인 영향을 미칩니다.요약하면 DPC 기판은 높은 패턴 정확성과 수직 상호 연결의 특성을 가지고 있으며 진정한 세라믹 회로판입니다.금속 회로 층과 세라믹 기판 사이의 결합 강도는 DPC 세라믹 기판의 신뢰성에 영향을 미치는 열쇠입니다.금속과 세라믹 사이의 열 팽창 계수의 큰 차이 때문에, 인터페이스 스트레스를 줄이기 위해,구리 층과 세라믹 층 사이에 전환 층을 추가해야합니다., 따라서 인터페이스 결합 강도를 향상시킵니다. 전환층과 세라믹 사이의 결합 힘은 주로 확산 접착과 화학 결합에 기반하고 있기 때문에,Ti와 같은 더 높은 활동성과 좋은 확산성을 가진 금속, Cr 및 Ni는 종종 전환층으로 선택됩니다.
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1세라믹 회로판의 개발 배경
The first-generation semiconductor technology represented by silicon (Si) and germanium (Ge) materials is mainly used in the field of data computing and lays the foundation for the microelectronics industry2세대 반도체인 갈륨 아르세나이드 (GaAs) 와 인디엄 포스피드 (InP) 는 통신 분야에서 주로 고성능 마이크로파를 생산하는데 사용됩니다.밀리미터 파동 및 빛 방출 장치, 정보 산업의 기초를 마련합니다. 기술 개발과 응용 요구의 지속적인 확장에 따라 두 가지의 한계가 점차적으로 나타났습니다.고주파의 사용 요구 사항을 충족시키는 것을 어렵게 만드는, 높은 온도, 높은 전력, 높은 에너지 효율, 열악한 환경에 대한 저항, 가볍고 소형화.세 번째 세대 반도체 재료로 대표되는 실리콘 탄화물 (SiC) 및 갈륨 질산 (GaN) 은 큰 대역 간격의 특징을 가지고 있습니다., 높은 비판적 분해 전압, 높은 열 전도성, 높은 운반자 포화 유동 속도. 그들의 생산 전자 장치는 300 °C 이상의 온도에서 안정적으로 작동 할 수 있습니다.그리고 반도체 조명 분야에서 광범위한 응용 가능성을 가지고 있습니다., 자동차 전자, 새로운 세대 이동 통신 (5G), 새로운 에너지 및 새로운 에너지 차량, 고속 철도 운송, 소비 전자 및 기타 분야.응용 전망은 전통적인 반도체 기술의 병목을 뚫을 것으로 예상됩니다., 1세대와 2세대 반도체 기술을 보완하고 광전자 장치, 전력전자, 자동차 전자제품에서 중요한 응용 가치를 가지고 있습니다.항공우주 및 기타 분야세 번째 세대의 반도체의 증가와 응용으로 반도체 장치는 점차 높은 전력, 소형화, 통합 및 다기능 방향으로 발전하고 있습니다.또한 포장 기판의 성능에 대한 더 높은 요구 사항을 제시합니다.세라믹 회로 보드는 높은 열 전도성, 좋은 열 저항성, 낮은 열 확장 계수, 높은 기계적 강도, 좋은 단열성,부식 저항성, 방사능 저항성 등으로 전자 장치 포장재에 널리 사용됩니다.
2세라믹 회로 보드의 기술 분류 세라믹 회로 보드는 세라믹 기판과 금속 회로 층을 포함한다.
전자 포장재의 경우, 포장재 기판은 전과 다음을 연결하는 데 핵심적인 역할을 합니다. 내부와 외부 열 분산 채널을 연결하는 것입니다.그리고 전기적 상호 연결 및 기계적 지원과 같은 기능을 가지고 있습니다.세라믹은 높은 열 전도성, 좋은 열 저항성, 높은 기계적 강도 및 낮은 열 팽창 계수 등의 장점이 있습니다.그것은 일반적으로 전력 반도체 장치 포장용 기판 재료로 사용됩니다.각기 다른 준비 원리와 과정에 따라 현재 일반적으로 사용되는 세라믹 기판은 얇은 필름 세라믹 기판 (TFC), 두꺼운 인쇄 세라믹 기판 (TPC) 으로 나눌 수 있습니다.,그리고 직결된 구리 세라믹 서브스트라트 (DBC), 직접 접착된 구리 세라믹 서브스트라트 (DPC) 등.이 문서에서는 일반적으로 사용되는 세라믹 기판 재료의 물리적 특성을 분석합니다., AlN, Si3N4, BeO, SiC 및 BN 등), 다양한 세라믹 기판의 준비 원칙, 공정 흐름 및 기술적 특성을 소개하는 데 중점을두고 있습니다.
2.1 얇은 필름 세라믹 회로판
얇은 필름 세라믹 회로 보드 (TFC) 는 얇은 필름 회로로도 알려져 있으며, 일반적으로 스프터링 과정을 사용하여 세라믹 기판 표면에 금속 층을 직접 퇴적합니다.그리고 사진 리토그래피를 사용합니다, 개발, 에칭 및 다른 프로세스를 통해 금속층을 회로로 패턴화합니다. TFC가 고정도 광 저항 물질로 사용되기 때문에,사진 리토그래피 및 에칭 기술과 결합, TFC의 특징은 선 너비 / 틈 너비 10μm 미만의 높은 패턴 정확성입니다. TFC는 얇은 필름 콘덴서, 얇은 필름 인덕터,얇은 필름 저항 및 세라믹 기판에 분산된 파라미터 회로 구성 요소그것은 구성 요소 매개 변수, 높은 정밀도, 좋은 온도 및 주파수 특성을 넓은 범위를 가지고 있습니다. 그것은 밀리미터 파도 대역에서 작동 할 수 있으며 높은 수준의 통합을 가지고 있습니다.작은 크기 때문에이 제품은 주로 통신 분야에서 소전류 장치에 사용됩니다. 높은 작동 주파수와 기생 요소가 회로 성능에 미치는 큰 영향으로 인해TFC 자체는 크기가 작고 구성 요소 밀도가 높습니다.따라서 회로 설계, 기판 및 필름 패턴에 매우 높은 정확성과 일관성 요구 사항이 있습니다.
2.2 두꺼운 필름 세라믹 회로판
TPC 기판은 높은 온도에서 스크린 프린팅, 건조 및 시너링을 통해 세라믹 기판에 금속 용액을 코팅하여 준비 할 수 있습니다.금속 매일의 점성과 스크린 망의 크기에 따라, 준비된 금속 회로 층의 두께는 일반적으로 10μm ~ 20μm입니다. 스크린 프린팅 프로세스의 한계 때문에,TPC 기판은 고정밀 라인을 얻을 수 없습니다 (최저 라인 너비/라인 간격은 일반적으로 100μm 이상입니다)또한 합금 온도를 낮추고 금속층과 세라믹 기판 사이의 결합 강도를 향상시키기 위해일반적으로 금속 매료에 약간의 유리 단계가 추가됩니다., 이것은 금속 층의 전기 및 열 전도성을 감소시킬 것입니다. 따라서,TPC 기판은 회로 정확성에 대한 높은 요구 사항이없는 전자 장치 (자동차 전자제품 등) 의 포장에만 사용됩니다..
2.3 세라믹 기판에 직접 접착
DBC 세라믹 기판을 준비하기 위해 먼저 구리 필름 (Cu) 과 세라믹 기판 (Al2O3 또는 AN) 사이에 산소 원소를 삽입합니다.그 다음 CuO 유텍틱 단계가 약 1065°C에서 형성됩니다 (금속 구리의 녹는점은 1083°C입니다), 그 다음 세라믹 기판과 결합됩니다. 필름과 구리 포일은 구리 포일과 세라믹 사이의 유텍틱 결합을 달성하여 CuAlO2 또는 Cu ((AO2) 2를 생성하는 반응을합니다.세라믹 과 구리 는 열 이 잘 전달 되기 때문 이다, 그리고 구리 필름과 세라믹 사이의 eutectic 결합 강도는 높습니다, DBC 기판은 높은 열 안정성을 가지고 있으며 고립 게이트 양극 다이오드 (GBT) 에 널리 사용되었습니다.레이저 (LD) 및 집중형 태양광 (CPV) 및 다른 장치가 열 분비를 위해 포장되고 있습니다.DBC 기판 구리 필름은 큰 두께 (일반적으로 100μm-600μm) 를 가지고 있으며, 높은 온도 및 높은 전류와 같은 극단적인 환경에서 장치 포장 응용 프로그램의 요구를 충족시킬 수 있습니다.DBC 기판은 실용적인 응용에서 많은 장점을 가지고 있지만, eutectic 온도와 산소 함량은 높은 장비와 프로세스 통제가 필요한 준비 과정에서 엄격하게 통제되어야하며 생산 비용은 또한 높습니다.또한, 두꺼운 구리 발열의 제한으로 인해 고 정밀 회로 층을 준비하는 것이 불가능합니다. DBC 기판 준비 과정에서,산화 시간과 산화 온도는 두 가지 가장 중요한 매개 변수입니다.. 구리 포일이 사전 산화 된 후, 결합 인터페이스는 Al2O3 세라믹과 구리 포일을 습하게 할 수있는 충분한 CuxOy 단계를 형성 할 수 있으며 높은 결합 강도를 가지고 있습니다.구리 필름이 사전 산화되지 않은 경우, CuxOy 수분성이 떨어지고 결합 인터페이스는 많은 빈 공간과 결함이 남아있어 결합 강도와 열 전도성을 감소시킵니다.DBC 서브스트라트를 AlN 세라믹을 사용하여 제조하기 위해, 세라믹 기판은 먼저 Al2O3 필름을 형성하기 위해 사전 산화되어야 하고, 그 후 구리 필름과 반응하여 유텍스 반응을 생성해야합니다.시 젠준 등은 DBC 기술을 사용하여 Cu/Al2O3 및 Cu/AlN 세라믹 기판을 준비했습니다.구리 포일과 AlN 세라믹 사이의 결합 강도는 8N/mm를 초과했습니다. 구리 포일과 AlN 사이에 두께 2μm의 전환 층이있었습니다.그 구성 요소는 주로 Al2O3와 CuAlO2입니다.그리고 Cu2O.
2.4 세라믹 기판의 직접 가전화
DPC 세라믹 기판 준비 과정은 다음과 같습니다. 먼저, 레이저를 사용하여 세라믹 기판에 구멍을 통해 준비합니다 (열개는 일반적으로 60μm ~ 120μm입니다).그리고 그 다음 초음파는 세라믹 기판을 청소하는 데 사용됩니다· 매그네트론 스프터링 기술을 사용하여 세라믹 기판의 표면에 금속 씨앗 층을 저장합니다 (Ti/ Cu),그 다음 사진 리토그래피와 개발을 통해 회로 계층 생산을 완료; 구멍을 채우고 금속 회로 층을 두꺼워하기 위해 전자기 접착을 사용하여 표면 처리를 통해 기판의 용접성과 산화 저항성을 향상시킵니다.그리고 마지막으로 건조한 필름을 제거하고 기판 준비를 완료하기 위해 씨앗 층을 발각합니다.DPC 세라믹 기판 준비의 앞쪽 끝은 반도체 마이크로 프로세싱 기술을 사용합니다 (스프터 코팅, 광 리토그래피, 개발 등),그리고 뒷면에는 인쇄 회로 보드 (PCB) 준비 기술 (그래픽 플래팅) 이 사용됩니다.(1) 반도체 마이크로 가공 기술을 사용하여,세라믹 기판의 금속 회로는 더 얇습니다 (선 너비/선 간격은 30μm~50μm까지 낮을 수 있습니다), 회로 계층의 두께와 관련이 있으므로 DPC 기판은 더 높은 정렬 정확성 요구 사항이있는 응용 프로그램에 매우 적합합니다. 고품질의 마이크로 전자 장치 포장;(2) 레이저 뚫기 및 가전화 구멍 채우기 기술을 사용하여 세라믹 기판의 상부/하부 표면에 수직 상호 연결을 달성합니다., 전자 장치의 3차원 포장 및 통합을 달성 할 수 있으며 장치 부피를 줄일 수 있습니다.(3) 전자기 성장은 회로 층의 두께를 제어하는 데 사용됩니다 (일반적으로 10μm ~ 100μm), 고온 및 고전류 장치의 포장 요구 사항을 충족시키기 위해 회로 계층의 표면 거름이 밀림으로 감소합니다.(4) 낮은 온도 (300°C 이하) 의 준비 과정은 기판 재료의 고온 손상을 피하고 금속 회로 층에 부정적인 영향을 미칩니다.요약하면 DPC 기판은 높은 패턴 정확성과 수직 상호 연결의 특성을 가지고 있으며 진정한 세라믹 회로판입니다.금속 회로 층과 세라믹 기판 사이의 결합 강도는 DPC 세라믹 기판의 신뢰성에 영향을 미치는 열쇠입니다.금속과 세라믹 사이의 열 팽창 계수의 큰 차이 때문에, 인터페이스 스트레스를 줄이기 위해,구리 층과 세라믹 층 사이에 전환 층을 추가해야합니다., 따라서 인터페이스 결합 강도를 향상시킵니다. 전환층과 세라믹 사이의 결합 힘은 주로 확산 접착과 화학 결합에 기반하고 있기 때문에,Ti와 같은 더 높은 활동성과 좋은 확산성을 가진 금속, Cr 및 Ni는 종종 전환층으로 선택됩니다.
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