JP2008098250A - 接着フィルムおよびこれを用いた半導体装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】(A)(メタ)アクリル酸エステル共重合体、(B)エポキシ樹脂、(C)フェノール樹脂および(D)無機充填剤を含む樹脂組成物で構成される接着フィルムを、樹脂組成物中の(A)成分の配合量が、重量基準で、(B)成分の配合量と(C)成分の配合量との合計よりも少なく、かつ、シリコンウェーハとの界面端部における面内方向の剪断応力が2.5MPa未満である構成とする。
【選択図】なし
Description
(A)(メタ)アクリル酸エステル共重合体、
(B)エポキシ樹脂、
(C)フェノール樹脂、および
(D)無機充填剤
を含む樹脂組成物で構成され、
前記樹脂組成物中の前記(A)(メタ)アクリル酸エステル共重合体の配合量が、重量基準で、前記(B)エポキシ樹脂の配合量と前記(C)フェノール樹脂の配合量との合計よりも少なく、
前記樹脂組成物と有機溶剤とを含む塗布液を、支持基材上に塗布した後、加熱処理することにより前記有機溶剤を揮散させ、接着フィルムの厚さが3μm以上100μm以下である支持基材付き接着フィルムを形成し、
得られた前記支持基材付き接着フィルムの接着フィルム側を、5インチ径75μm厚のシリコンウェーハの一方の面に100℃にて貼り付けて、支持基材および接着フィルム付きウェーハを形成し、
前記支持基材および接着フィルム付きウェーハを175℃で2時間硬化させた後、前記支持基材を除去して得られる接着フィルム付きウェーハについて、
表面粗さ計により測定される前記接着フィルム付きウェーハの反り量から下記式(1)を用いて算出される、前記シリコンウェーハとの界面端部における面内方向の剪断応力が2.5MPa未満である、接着フィルム。
応力=D2E/(6Rt(1−ν)) (1)
(ただし、上記式(1)において、Dは前記ウェーハの厚さ、Eはシリコンの弾性率、Rは下記式(2)で示されるウェーハの曲率半径、tは前記接着フィルムの厚さ、νはポアソン比である。
R=(a2+4X2)/8X (2)
また、下記式(2)において、aはウェーハの最大幅であり、Xはウェーハの反りである。)
上述した本発明の接着フィルムと、
前記接着フィルムの一方の面に接着された半導体素子と、
前記接着フィルムの他方の面に接着されるとともに、前記半導体素子に対向して設けられた被接着部材と、
を含む、半導体装置が提供される。
本発明の接着フィルムは、
(A)(メタ)アクリル酸エステル共重合体、
(B)エポキシ樹脂、
(C)フェノール樹脂、および
(D)無機充填剤
を含む樹脂組成物で構成される。この接着フィルムは、たとえばテープ状であってもよい。
ここで、初期密着性とは、接着フィルムで半導体素子と支持基材(キャリアテープ)とを接着した際の初期段階における密着性であり、接着フィルムを硬化処理する前の密着性を意味する。
(B)エポキシ樹脂の具体例として、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂等のノボラック型エポキシ樹脂;
ビスフェノールA型エポキシ樹脂、ビスフェノールF型エポキシ樹脂等のビスフェノール型エポキシ樹脂;
ハイドロキノン型エポキシ樹脂;
ビフェニル型エポキシ樹脂;
スチルベン型エポキシ樹脂;
トリフェノールメタン型エポキシ樹脂;
トリアジン核含有エポキシ樹脂;
ジシクロペンタジエン変性フェノール型エポキシ樹脂;
ナフトール型エポキシ樹脂、および
フェニレンおよび/またはビフェニレン骨格を有するフェノールアラルキル型エポキシ樹脂、フェニレンおよび/またはビフェニレン骨格を有するナフトールアラルキル型エポキシ樹脂等のアラルキル型エポキシ樹脂が挙げられる。
(A)(メタ)アクリル酸エステル共重合体:10重量%以上50重量%以下、
(B)エポキシ樹脂:30重量%以上75重量%以下、および
(D)無機充填剤:5重量%以上45重量%以下。
(A)(メタ)アクリル酸エステル共重合体:10重量%以上35重量%以下、
(B)エポキシ樹脂:30重量%以上50重量%以下、
(C)フェノール樹脂:10重量%以上25重量%以下、
(D)無機充填剤:5重量%以上35重量%以下。
なお、上記配合例において、(A)(メタ)アクリル酸エステル共重合体は接着フィルム全体で10重量%以上とすることにより、接着フィルムの靭性がさらに好適に維持される。
また、重量比で(A)(メタ)アクリル酸エステル共重合体<(B)エポキシ樹脂+(C)フェノール樹脂とすることにより、接着フィルムの線膨張係数を低減させることができる。
また、(B)エポキシ樹脂と(C)フェノール樹脂の重量を、それぞれ上記範囲に設定することにより、(B)エポキシ樹脂のエポキシ当量とフェノール硬化剤つまり(C)フェノール樹脂との水酸基当量の比をより1に近づけた値にすることができる。これにより、高いガラス転移温度の硬化物が、また、未反応の残存フェノール樹脂が存在しないため、イオンマイグレーション性により一層優れた硬化物が得られる。
さらに、(D)無機充填剤を5重量%以上とすることにより、接着フィルムの線膨張係数をさらに小さくすることができる。一方、(D)無機充填剤を35重量%以下とすることにより、接着フィルムの靭性がさらに充分に維持される。
シアネート基を有する有機化合物としては、たとえばビスフェノールAジシアネート、ビスフェノールFジシアネート、ビス(4−シアネートフェニル)エーテル、ビスフェノールEジシアネート、シアネートノボラック樹脂等が挙げられる。
(接着フィルムの作製条件)
樹脂組成物と有機溶剤とを含む塗布液を、支持基材上に塗布した後、加熱処理することにより有機溶剤を揮散させ、支持基材付き接着フィルムを形成する。ここで、たとえば50℃以上180℃以下の温度にて加熱処理することにより接着フィルム中に含有される有機溶剤の濃度をたとえば500ppm以下とする。また、支持基材上に形成される接着フィルムの厚さを3μm以上100μm以下とする。支持基材は、たとえばプラスチックフィルムであり、その材料は、たとえば、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレートおよびポリプロピレンからなる群から選択される一種以上である。
上述の方法で得られた支持基材および接着フィルム付きウェーハを175℃で2時間硬化させる。硬化は、たとえばオーブン中で行う。
硬化後の支持基材および接着フィルム付きウェーハから支持基材を除去して接着フィルム付きウェーハを得る。図4は、接着フィルム付きウェーハの構成を示す断面図である。そして、この接着フィルム付きウェーハの反り量を、表面粗さ計により測定する。測定された反り量から、S. Timoshenko、「Analysis of Bi-Metal Thermostats」、J.Optical.Soc.,Amer.、pp233-255、1925年に記載の下記式(1)を用いて、応力を算出する。
応力=D2E/(6Rt(1−ν)) (1)
ただし、上記式(1)において、Dはウェーハ161の厚さ、Eはシリコンの弾性率、Rは下記式(2)で示されるウェーハ161の曲率半径、tは接着フィルム163の厚さ、νはポアソン比である。
R=(a2+4X2)/8X (2)
下記式(2)において、aはウェーハの最大幅であり、Xはウェーハの反りである。
(i)シリコン基板(チップ)の反りが低減でき、シリコン基板の損傷を抑制できる。
(ii)チップと接着フィルムの熱膨張係数の差による応力の発生を低減できるため、シリコン酸化膜や窒化膜等のチップ保護膜の劣化や回路の断線を抑制できる。
(iii)半導体チップをマザーボード等の実装基板に二次実装する場合であっても、二次実装用の半田ボール等のバンプ電極と実装基板との接合信頼性が向上する。
(iv)接着フィルムの貼付け作業性が向上し、歩留りを向上させることができる。
本発明の接着フィルムは、たとえば前記樹脂組成物をメチルエチルケトン、アセトン、トルエン、ジメチルホルムアルデヒド等の溶剤に溶解して、ワニスの状態にした後、コンマコーター、ダイコーター、グラビアコーター等を用いて離型シートに塗工し、乾燥させ後、離型シートを除去することによって得ることができる。
そこで、本発明においては、実施例において後述するように、樹脂組成物の成分として、所定の材料を選別して用いるとともに、各成分を所定の割合で配合する。また、接着フィルムの製造を上述の方法で行い、乾燥温度の条件を残存溶剤がたとえば500ppm以下になるように選択する。これにより、応力が2.5MPa未満の接着フィルムを安定的に得ることができる。
図1の半導体装置においては、チップ搭載基板101上に、第一半導体チップ103、第二半導体チップ107、第三半導体チップ111、第四半導体チップ115および第五半導体チップ119が下からこの順に積層されている。最下層の第一半導体チップ103とチップ搭載基板101のチップ搭載面とが複数のバンプ電極123を介して接続されている。また、チップ搭載基板101の裏面には、外部接続端子として機能する複数の外部接続電極121が設けられている。
図2の半導体装置においては、チップ搭載基板133上に、第一半導体チップ137および第二半導体チップ141が下からこの順に積層されている。第一半導体チップ137の下面が第一接着フィルム135の一方の面に接着されており、第一接着フィルム135の他方の面がチップ搭載基板133のチップ搭載面に接着されている。また、第二半導体チップ141の下面が第二接着フィルム139の一方の面に接着されており、第二接着フィルム139の他方の面が第一半導体チップ137の上面に接着されている。
(接着フィルム樹脂ワニスの調製)
熱可塑性樹脂としてアクリル酸エステル共重合体(エチルアクリレート−ブチルアクリレート−アクリロニトリル−アクリル酸−ヒドロキシエチルメタクリレート共重合体、ナガセケムテックス社製、SG−708−6DR、Tg:6℃、重量平均分子量:800,000)25重量%;
硬化性樹脂としてエポキシ樹脂(EOCN−1020−80(オルソクレゾールノボラック型エポキシ樹脂)、エポキシ当量200g/eq、軟化点80℃、日本化薬社製)16重量%およびNC3000P(アラルキル型エポキシ樹脂、エポキシ当量272g/eq、軟化点58℃、日本化薬社製)24.2重量%;
硬化剤として固形フェノール樹脂(PR−51470、水酸基当量104g/OH基、住友ベークライト社製)17.5重量%;
硬化促進剤としてイミダゾール化合物(2PHZ−PW、四国化成工業社製)0.1重量%;
カップリング剤としてγ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン(KBM403E、信越化学工業社製)0.4重量%;および
無機充填材として球状シリカ(SE2050、平均粒径0.5μm、アドマテックス社製)16.8重量%をメチルエチルケトン(MEK)に溶解して、樹脂固形分42%の樹脂ワニスを得た。
上述の方法で得られた樹脂ワニスを、コンマコーターを用いて基材フィルム(I)であるポリエチレンテレフタレートフィルム(三菱化学ポリエステルフィルム社製、品番MRX50、厚さ50μm)に塗布した後、90℃、5分間乾燥して、厚さ25μmの接着フィルムを得た。
以下の手順で、図3に示す半導体装置を製造した。図3に示した半導体装置の基本構成は図2を参照して前述した半導体装置と同様である。ただし、図3においては、図2における貫通電極143、外部接続電極145、第一ワイヤ147および第二ワイヤ149を有しない。
基材フィルム(II)として、ハイブラー60重量部、ポリプロピレン40重量部からなるクリアテックCT−H717(クラレ製)を、押し出し機で、厚み100μmのフィルムを形成し、表面をコロナ処理した。次に、アクリル酸2−エチルヘキシル50重量部とアクリル酸ブチル10重量部、酢酸ビニル37重量部、メタクリル酸2−ヒドロキシエチル3重量部とを共重合して得られた重量平均分子量500000の共重合体を剥離処理した厚さ38μmのポリエステルフィルムに乾燥後の厚さが10μmになるように塗工し、80℃で5分間乾燥し、粘着剤層を得た。その後粘着剤層を基材フィルム(II)のコロナ処理面にラミネートして基材フィルム(II)および粘着剤層を得た。
上述の基材フィルム(I)つきのフィルム状接着剤層に保護フィルムを貼り付け、基材フィルム(I)およびフィルム状接着剤層をハーフカットし、上述の基材フィルム(II)上の粘着剤層に貼り付け、保護フィルムを剥がすことにより、基材フィルム(II)、粘着剤層、基材フィルム(I)およびフィルム状接着剤層がこの順に構成されてなるダイシングシート機能付き接着フィルムを得た。
熱可塑性樹脂としてアクリル酸エステル共重合体(エチルアクリレート−ブチルアクリレート−アクリロニトリル−アクリル酸−ヒドロキシエチルメタクリレート共重合体、ナガセケムテックス社製、SG−708−6DR、Tg:6℃、重量平均分子量:800,000)33.1重量%;
硬化性樹脂としてエポキシ樹脂(EOCN−1020−80(オルソクレゾールノボラック型エポキシ樹脂)、エポキシ当量200g/eq、軟化点80℃、日本化薬社製)13.8重量%およびNC3000P(アラルキル型エポキシ樹脂、エポキシ当量272g/eq、軟化点58℃、日本化薬社製)20.5重量%;
硬化剤として固形フェノール樹脂(PR−51470、水酸基当量104g/OH基、住友ベークライト社製)14.9重量%;
硬化促進剤としてイミダゾール化合物(2PHZ−PW、四国化成工業社製)0.1重量%;
カップリング剤としてγ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン(KBM403E、信越化学工業社製)0.4重量%;および
無機充填材として球状シリカ(SE2050、平均粒径0.5μm、アドマテックス社製)17.2重量%を用いた。実施例1の方法に準じて実験を行った。
熱可塑性樹脂としてアクリル酸エステル共重合体(エチルアクリレート−ブチルアクリレート−アクリロニトリル−アクリル酸−ヒドロキシエチルメタクリレート共重合体、ナガセケムテックス社製、SG−708−6DR、Tg:6℃、重量平均分子量:800,000)28.4重量%;
硬化性樹脂としてエポキシ樹脂(EOCN−1020−80(オルソクレゾールノボラック型エポキシ樹脂)、エポキシ当量200g/eq、軟化点80℃、日本化薬社製)37.8重量%;
硬化剤として固形フェノール樹脂(PR−53647、水酸基当量104g/OH基、住友ベークライト社製)21.4重量%;
硬化促進剤としてイミダゾール化合物(2PHZ−PW、四国化成工業社製)0.1重量%;
カップリング剤としてγ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン(KBM403E、信越化学工業社製)0.5重量%;および
無機充填材として球状シリカ(SE2050、平均粒径0.5μm、アドマテックス社製)11.8重量%を用いた。実施例1の方法に準じて実験を行った。
熱可塑性樹脂としてアクリル酸エステル共重合体(エチルアクリレート−アクリロニトリル−グリシジルメタクリレート−N,Nジメチルアクリルアミド共重合体、ナガセケムテックス社製、SG−80HDR、Tg:10℃、重量平均分子量:350,000)17.9重量%;
硬化性樹脂としてエポキシ樹脂(EOCN−1020−80(オルソクレゾールノボラック型エポキシ樹脂)、エポキシ当量200g/eq、軟化点80℃、日本化薬社製)17.7重量%およびNC3000P(アラルキル型エポキシ樹脂、エポキシ当量272g/eq、軟化点58℃、日本化薬社製)26.4重量%;
硬化剤として固形フェノール樹脂(PR−53647、水酸基当量104g/OH基、住友ベークライト社製)27.6重量%;
硬化促進剤としてイミダゾール化合物(2PHZ−PW、四国化成工業社製)0.1重量%;
カップリング剤としてγ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン(KBM403E、信越化学工業社製)0.3重量%;および
無機充填材として球状シリカ(SE2050、平均粒径0.5μm、アドマテックス社製)10.0重量%を用いた。実施例1の方法に準じて実験を行った。
熱可塑性樹脂としてアクリル酸エステル共重合体(エチルアクリレート−アクリロニトリル−グリシジルメタクリレート−N,Nジメチルアクリルアミド共重合体、ナガセケムテックス社製、SG−80HDR、Tg:10℃、重量平均分子量:350,000)28.3重量%;
硬化性樹脂としてエポキシ樹脂(EOCN−1020−80(オルソクレゾールノボラック型エポキシ樹脂)、エポキシ当量200g/eq、軟化点80℃、日本化薬社製)34.1重量%およびNC3000P(アラルキル型エポキシ樹脂、エポキシ当量272g/eq、軟化点58℃、日本化薬社製)3.4重量%;
硬化剤として固形フェノール樹脂(PR−51470、水酸基当量104g/OH基、住友ベークライト社製)13.8重量%;
硬化促進剤としてイミダゾール化合物(2PHZ−PW、四国化成工業社製)0.3重量%;
カップリング剤としてγ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン(KBM403E、信越化学工業社製)0.1重量%;および
無機充填材として球状シリカ(SE2050、平均粒径0.5μm、アドマテックス社製)20.0重量%を用いた。実施例1の方法に準じて実験を行った。
熱可塑性樹脂としてアクリル酸エステル共重合体(エチルアクリレート−ブチルアクリレート−アクリロニトリル−アクリル酸−ヒドロキシエチルメタクリレート共重合体、ナガセケムテックス社製、SG−708−6DR、Tg:6℃、重量平均分子量:800,000)53.7重量%;
硬化性樹脂としてエポキシ樹脂(EOCN−1020−80(オルソクレゾールノボラック型エポキシ樹脂)、エポキシ当量200g/eq、日本化薬社製)1.6重量%およびNC3000P(アラルキル型エポキシ樹脂、エポキシ当量272g/eq、軟化点58℃、日本化薬社製)2.4重量%;
硬化剤として固形フェノール樹脂(PR−53647、水酸基当量104g/OH基、住友ベークライト社製)2.1重量%;
硬化促進剤としてイミダゾール化合物(2PHZ−PW、四国化成工業社製)0.1重量%;
カップリング剤としてγ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン(KBM403E、信越化学工業社製)0.1重量%;および
無機充填材として球状シリカ(SE2050、平均粒径0.5μm、アドマテックス社製)40重量%を用いた。実施例1の方法に準じて実験を行った。
(接着フィルムの評価)
(ガラス転移温度(Tg)、平均線膨張率(CTE)の測定方法)
各例で得られた接着フィルムのガラス転移温度、平均線膨張率は、熱機械的分析装置(セイコーインスツルメンツ社製TMA/SS6100)を用い、175℃2時間熱処理した厚み25μmの半導体用接着フィルムを、一定荷重(10mN)で−65℃から昇温速度5℃/分で温度を上昇させながら、引っ張った際の変曲点よりガラス転移温度を求めた。さらに、25℃から175℃までの平均線膨張率を求めた。
アウトガス(熱分解温度)は、示査熱熱重量同時測定装置(セイコーインスツルメンツ社製TG/DTA6200)を用い、接着フィルムの製造にて作製した厚み25μmの半導体用接着フィルムを、25℃から昇温速度10℃/分で温度を上昇させて熱重量測定を行い、初期重量より5重量%減少した温度で評価した。
半導体用接着フィルムを4×4mmの大きさのシリコンチップ(厚み550μm)とソルダーレジスト(太陽インキ製造社製:商品名:AUS308)をコーティングしたビスマレイミド−トリアジン基板の間にはさんで、130℃、5N、1秒間で熱圧着し、175℃2時間熱処理を行ったサンプルを260℃の熱盤上に、20秒間保持した後、プッシュプルゲージで0.5mm/分の速度にてせん断応力をかけた時のせん断強度をダイシェア強度(MPa)とした。
各実施例および比較例で得られたキャリアテープ付き接着フィルムの接着フィルム側を、5インチ径75μm厚のシリコンウェーハの裏面に100℃で貼り付けし、キャリアテープおよび接着フィルム付きのウェーハを得た。その後、ウェーハをオーブンにより175℃、2時間硬化させた。その後、キャリアテープを剥離除去して得られる接着フィルム付きのウェーハについて、表面粗さ計(東京精密社製サーフコム1400D)によりウェーハの反り量を測定し、下記式(1)および式(2)を用いて応力を算出した。
応力=D2E/(6Rt(1−ν)) (1)
R(曲率半径)=(a2+4X2)/8X (2)
上記式(1)および式(2)中の各パラメータは、図4を参照して前述した通りである。なお、上記式(1)において、Eはシリコン(Si)の弾性率131GPaとした。
チップ−チップ間の接着性は、各実施例および比較例で得られる樹脂封止前の半導体装置を、走査型超音波探傷機(SAT)により、チップ−チップ間で半導体用接着フィルムが接着されている面積率を評価した。各符号は、以下の通りである。
◎:接着面積が90以上100%以下
○:接着面積が80%以上90%未満
×:接着面積が80%未満
103 第一半導体チップ
105 第一接着フィルム
107 第二半導体チップ
109 第二接着フィルム
111 第三半導体チップ
113 第三接着フィルム
115 第四半導体チップ
117 第四接着フィルム
119 第五半導体チップ
121 外部接続電極
123 バンプ電極
125 第一ワイヤ
127 第三ワイヤ
129 第二ワイヤ
131 封止樹脂
133 チップ搭載基板
135 第一接着フィルム
137 第一半導体チップ
139 第二接着フィルム
141 第二半導体チップ
143 貫通電極
145 外部接続電極
147 第一ワイヤ
149 第二ワイヤ
151 封止樹脂
161 ウェーハ
163 接着フィルム
Claims (9)
- (A)(メタ)アクリル酸エステル共重合体、
(B)エポキシ樹脂、
(C)フェノール樹脂、および
(D)無機充填剤
を含む樹脂組成物で構成され、
前記樹脂組成物中の前記(A)(メタ)アクリル酸エステル共重合体の配合量が、重量基準で、前記(B)エポキシ樹脂の配合量と前記(C)フェノール樹脂の配合量との合計よりも少なく、
前記樹脂組成物と有機溶剤とを含む塗布液を、支持基材上に塗布した後、加熱処理することにより前記有機溶剤を揮散させ、接着フィルムの厚さが3μm以上100μm以下である支持基材付き接着フィルムを形成し、
得られた前記支持基材付き接着フィルムの接着フィルム側を、5インチ径75μm厚のシリコンウェーハの一方の面に100℃にて貼り付けて、支持基材および接着フィルム付きウェーハを形成し、
前記支持基材および接着フィルム付きウェーハを175℃で2時間硬化させた後、前記支持基材を除去して得られる接着フィルム付きウェーハについて、
表面粗さ計により測定される前記接着フィルム付きウェーハの反り量から下記式(1)を用いて算出される、前記シリコンウェーハとの界面端部における面内方向の剪断応力が2.5MPa未満である、接着フィルム。
応力=D2E/(6Rt(1−ν)) (1)
(ただし、上記式(1)において、Dは前記ウェーハの厚さ、Eはシリコンの弾性率、Rは下記式(2)で示されるウェーハの曲率半径、tは前記接着フィルムの厚さ、νはポアソン比である。
R=(a2+4X2)/8X (2)
また、下記式(2)において、aはウェーハの最大幅であり、Xはウェーハの反りである。) - 請求項1に記載の接着フィルムにおいて、
前記(A)(メタ)アクリル酸エステル共重合体が、カルボキシル基を有するモノマー単位を含む、接着フィルム。 - 請求項1または2に記載の接着フィルムにおいて、ガラス転移温度が150℃より高い、接着フィルム。
- 請求項1乃至3いずれかに記載の接着フィルムにおいて、25℃からガラス転移温度における面内方向の平均線膨張係数が、200ppm/℃未満である、接着フィルム。
- 請求項1乃至4いずれかに記載の接着フィルムにおいて、(E)カップリング剤をさらに含む、接着フィルム。
- 請求項5に記載の接着フィルムにおいて、前記樹脂組成物全体に対する前記(E)カップリング剤の割合が10重量%以下である、接着フィルム。
- 請求項1乃至6いずれかに記載の接着フィルムにおいて、(F)硬化促進剤をさらに含む、接着フィルム。
- 請求項1乃至7いずれかに記載の接着フィルムにおいて、前記(D)無機充填剤がシリカである、接着フィルム。
- 請求項1乃至8いずれかに記載の接着フィルムと、
前記接着フィルムの一方の面に接着された半導体素子と、
前記接着フィルムの他方の面に接着されるとともに、前記半導体素子に対向して設けられた被接着部材と、
を含む、半導体装置。
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