TWI434390B - 元件結合方法與裝置 - Google Patents
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Description
本發明係有關於一種對位結合方法與裝置,尤其是指一種應用於元件對位結合之元件結合方法與裝置。
隨著行動電話及其內部元件逐漸地縮小,電子產業也不斷的尋找最佳的方式來整合所有的微型化技術。因此,為了能達到更高的封裝密度、進一步縮減尺寸及縮短訊號傳輸的距離,垂直堆疊數顆晶片的三維(3D)封裝或者是CISP封裝技術因此因應而生。一般而言,這類型的技術通常是利用系統級封裝元件整合為一,例如:將記憶體晶片與微處理器結合以形成一整合模組。然後再將這些元件以垂直的方式堆疊在晶圓或者是另一晶片上,進而進行封裝。透過垂直方向的晶片堆疊以增加封裝密度,並經由整合而增加封裝體的功能。
雖然堆疊晶片之模組具有很多功效與優點,但是還是具有相當多的問題有待克服,其中之一的問題就在於由於晶片的尺寸都是微米級的大小,因此如何能夠將晶片與晶片結合的誤差減至最低是一個相當重要的技術關鍵。請參閱圖一所示,該圖係為習用技術晶片堆疊結合示意圖。在該技術中具有第一影像擷取裝置10、一第二影像擷取裝置11、一承載台12以及一吸嘴13。該第一影像擷取裝置10係設置於該承載台12之一側,該承載台12可以承載晶圓
9(其上具有複數個第一晶片90)或者是單一之第一晶片。該吸嘴13可吸取待結合之一第二元件91,並將該第二元件91移動至與該第一元件90相對應之位置,然後將該第二元件91與該第一元件90相結合。
圖一之運作方式如下,利用第一影像擷取裝置10以及該第二影像擷取裝置11分別擷取該第一元件90以及該第二元件91的影像,並經由判斷分析出該第一元件90與該第二元件91之間的相對位置,然後再藉由該吸嘴13根據該第一元件90與第二元件91之相對位置差異,移動至該第一元件90上並與之結合。不過圖一之技術具有幾個缺點,第一,利用兩組影像擷取裝置10與11之系統複雜,兩影像擷取裝置10與11的取像基準不同,容易產生誤差。第二,取像完成後,第二元件91經過吸嘴13傳遞與橫向移動的過程,由於吸嘴13移動係藉由移動機構之故因此會產生誤差,而使元件結合之精度受到侷限。綜合前述之缺點,使得元件結合之精度降低。
此外,又如圖二所示,該圖係為習用之元件結合方式示意圖。在圖二中,為了避免吸嘴之橫向移動所造成之位移誤差,係將一影像擷取單元15設置於第一元件90與第二元件91之間,該影像擷取單元15具有兩影像擷取裝置150與151,分別擷取第一元件90以及第二元件91之影像。然後,吸嘴13先將第二元件91大概移動至第一元件90上方。由於該影像擷取單元15可分別擷取該第一元件90與該第二元件91之影像,因此可以經過判斷調整該第一元件90與該第二元件91之相對位置(除了Z軸高度之
外)。當前後左右之相對位置調整完畢後,再移動該影像擷取單元15,使其離開該第一元件90與該第二元件91之間。
此時,該吸嘴13僅需進行Z軸方向的移動將第二元件91移動至該第一元件90上使其結合。雖然前述之技術可以減少吸嘴因橫向位移,但是因為第一元件90與第二元件91間具有該影像擷取單元15,因此由於該第二元件91與該第一元件間90尚有一段距離。所以吸嘴13在進行Z軸方向之移動時,還是容易造成對位上之誤差。
綜合上述,因此亟需一種元件結合方法與裝來解決習用技術所產生之問題。
本發明提供一種元件結合方法與裝置,其係將要對位結合之元件移動至對應之位置後,再利用影像判別兩元件間的位置誤差,然後調整後將兩元件相互結合,以減少因為移動元件所造成之對位誤差。
本發明提供一種元件結合方法與裝置,其係利用單一影像擷取裝置來擷取元件的影像,避免多支影像擷取裝置取像時造成之誤差,而影響到對位結合之精度。
本發明提供一種元件結合方法與裝置,其係利用特殊設計之元件夾持元件,使得影像擷取裝置可以順利擷取到元件上之對位資訊,以利作為後續影像處理之依據。。
在一實施例中,本發明提供一種元件結合方法,其係包括有下列步驟:擷取一第一元件之影像以形成一第一影
像;將一第二元件移動至對應該第一元件上方之位置;擷取該第二元件之影像以形成一第二影像;將該第一影像與該第二影像進行比對程序,並根據比對之結果調整該第一元件與該第二元件之相對位置;以及使該第二元件與該第一元件相結合。
在另一實施例中,本發明提供一種元件結合裝置,包括:一承載台,其係可提供承載一第一元件,該第一元件上係具有一第一對位記號;一夾取元件,其係可提供夾取具有一第二對位記號之第二元件,夾取元件上開設有至少一通孔與該第二對位記號相對應;一影像擷取裝置,其係設置於該承載台上方,該影像擷取裝置係可擷取該第一元件之影像以及於該夾取元件夾持該第二元件至該第一元件上方時擷取該第二元件之影像;以及一控制單元,其係可將該影像擷取裝置所擷取關於該第一元件與該第二元件之影像進行比對,並根據比對之結果產生一控制訊號給該承載台或者是該夾取元件以調整該第一元件與該第二元件之相對位置並相互結合。
為使 貴審查委員能對本發明之特徵、目的及功能有更進一步的認知與瞭解,下文特將本發明之系統的相關細部結構以及設計的理念原由進行說明,以使得 審查委員可以了解本發明之特點,詳細說明陳述如下:請參閱圖三所示,該圖係為本發明之元件結合方法實施例流程示意圖。該元件結合方法包括有下列步驟,首先
進行步驟20,擷取一第一元件之影像以形成一第一影像。該第一元件可以為一單一之晶片、玻璃基板、PCB基板或者是陶瓷基板,除此之外,亦可以指如圖四中之晶圓上之任一個晶片。如圖五所示,一般而言,該第一元件90上可以形成有可以提供對位判別之對位記號901,所以該第一影像上也會具有對應該標記之影像。
接著進行步驟21,將一第二元件移動至對應該第一元件上方之位置。步驟21之目的在於,避免習用技術因為移動第二元件時所造成之移動誤差,進而影響對位之精度,因此先將第二元件大致移動至對應第一元件之位置。在本步驟中,因為第一元件與第二元件中並無任何障礙物,因此可以將第二元件移動至相當靠近該第一元件之位置。至於要靠近多少,可以是移動機構可能造成之機械誤差而定。這是熟悉此項技術之人,可以根據移動機構之特性而決定。另外,該第二元件係為晶片。
接下來,進行步驟22,擷取該第二元件之影像以形成一第二影像。該第二元件上同樣也形成有對應該第一元件上之對位記號。接著進行步驟23,將該第一影像與該第二影像進行比對程序,並根據比對之結果調整該第一元件與該第二元件之相對位置。其中,調整該第一元件與該第二元件之相對位置之方式係可選擇移動該第一元件以及該第二元件其中之一。在此需提到的是,為了結合第一元件與第二元件,通常會有加熱元件,以提供加熱的能量於該第一元件上,以利第一元件與第二元件相結合。而加熱元件所提供之熱量會增加第一元件上方空氣的溫度,而產生熱
波紋,進而干擾影像擷取的效果。一旦影像擷取效果不理想,就會影響到對位判別的效果。
接下來利用圖六來說明步驟23之程序,其中圖六之標記93代表第一影像,而標記94代表第二影像。由於該第一影像93與第二影像94上亦分別具有對位記號930、931與940、941,因此將該第二影像94與該第一影像93疊合之後,可以發現第一影像93之對位記號930與931與該第二影像94之對位記號940與941間之相對位置關係。由圖六可以發現第二影像94上之對位記號940與941與第一影像93上之對位記號930與931位置上具有差異,因此可以藉由步驟23調整讓第一影像93上之對位記號930與931與第二影像94上之對位記號940與941重疊,使得第一元件與該第二元件在水平面上幾乎沒有任何之偏差。最後,再進行步驟24使該第二元件與該第一元件相結合。在本步驟中,可以是移動第一元件或者是移動第二元件進行Z軸方向之運動使得第一元件與第二元件相互結合。由於在步驟22中第一元件與第二元件間之垂直距離已經相當靠近,因此雖然在步驟24中還是要進行Z軸方向之移動,但是移動之距離很少,因此可以減少因為移動所造成之誤差,進而維持第一元件與第二元件元件結合之精度。另外,圖三之實施例流程中,更可以包括一步驟25,提供一壓力於該第二元件上,以加強第二元件與第一元件元件結合之穩定性與平整性。
請參閱圖七A所示,該圖係為本發明之元件結合裝置示意圖。該元件結合裝置具有一承載台30、一夾取元件
31、一影像擷取裝置32以及一控制單元33。該承載台30,其係可提供承載一第一元件90,該第一元件90上係具有一第一對位記號900(圖中之對位記號900僅為標示,實際上對位記號之配置可參閱圖五所示)。該承載台30係可進行至少一維度之位移運動,在本實施例中,該承載台30係可進行X、Y、Z軸方向之位移運動,以及Z軸方向之旋轉運動。該第一元件90係可為單一晶片,但也可以如圖七B所示,屬於一晶圓9上之晶片。再回到圖七A所示,該夾取元件31,其係可提供夾取具有一第二對位記號910之第二元件91,夾取元件31上開設有至少一結構310可提供看到該第二對位記號910(圖中之對位記號910僅為標示,實際上對位記號之配置可參閱圖五所示)。在本實施例中,該結構310係為通孔,其數量為至少一個。此外,如圖七C所示,該結構則為透明元件,例如玻璃,或者是其他可透光之元件。該夾取元件31係可進行至少一維度之位移運動,在本實施例中,該夾取元件31係可進行X、Y、Z軸方向之位移運動,以及Z軸方向之旋轉運動。該夾取元件31係可利用習用技術可夾取晶片之元件來實施,在本實施例中,該夾取元件31係為吸嘴。該第二元件91係可設置於元件放置盤34或者是其他之承載裝置上,其係屬於習用之技術在此不作贅述。
該影像擷取裝置32,其係設置於該承載台30上方,該影像擷取裝置32係可擷取該第一元件90之影像以及於該夾取元件31夾持該第二元件91至該第一元件90上方時擷取該第二元件91之影像。該影像擷取裝置32可以為一
CCD影像擷取裝置或一CMOS影像擷取裝置,但不以此為限,例如:亦可根據需要選擇紅外線影像擷取裝置。該控制單元33,其係可將該影像擷取裝置32所擷取關於該第一元件90與該第二元件91之影像進行比對,並根據比對之結果產生一控制訊號給該承載台30或者是該夾取元件31以調整該第一元件90與該第二元件91之相對位置。
接下來說明本發明圖七A之元件結合裝置之動作流程。如圖八A至圖八D所示。首先如圖八A所示,提供一元件結合裝置3,其詳細結構如前所述,在此不作贅述。然後利用該影像擷取裝置32對該第一元件90進行取像。接著如圖八B所示,該夾取元件31將該第二元件91移動至對應該第一元件90上方,並調整該第二元件91在Z軸方向之位置使該第二元件91靠近該第一元件90。接著利用同一個影像擷取裝置32擷取該第二元件91之影像。另外,該第二對位記號係朝向該第一元件或者是背對該第一元件。例如圖九所示,在本實施例中,該第二對位記號910係形成於該第二元件91之頂面與該影像擷取裝置32相對應。由於該夾取元件31上之結構310與該第二對位記號910相對應,應此該影像擷取裝置32可以透過該結構310擷取到該第二對位記號910之影像。但是在圖九中,亦顯示另一種實施態樣,係為該第二對位記號910a設置於該第二元件91之底面而與該第一元件90頂面相對應。在這種情況下,並無法直接利用傳統之影像擷取裝置,例如:CMOS或者是CCD影像擷取裝置來擷取影像,因此在這種情況下,該影像擷取裝置32必須選擇紅外線影像擷取裝置或其
他類似之影像擷取裝置來擷取第二元件91上關於該第二對位記號910a之影像。
該控制單元33,在收到該第一元件90之影像與該第二元件91之影像後,會將此兩影像進行比對,尋找出相對位置之差異。然後根據差異調整該第二元件91之位置,以使該第一元件90與該第二元件91相對齊(X與Y方向)。最後,如圖八C所示,該控制單元33發出控制訊號,使該夾取元件31進行Z軸方向的移動使該第二元件91與該第一元件90相結合。除了前述移動夾取元件31外,也可以移動承載台30來使第一元件90與第二元件91相結合。如圖八D所示,為了強化第一元件90與第二元件91結合之穩定性與平整性,更可以利用一處理裝置35對第二元件進行製程處理。其中該處理裝置係可為一加壓頭以提供壓力於該第二元件91上。此外,該處理裝置35更可以為預熱單元36以提供熱量於該第二元件上91。當然該處理裝置亦可為加壓與加熱元件的組合。
請參閱圖十所示,該圖係為本發明之元件結合裝置另一實施例示意圖。在本實施例中,其使用場合是在於如果同一元件上的對位記號(如圖五之兩個對位記號901)相距太遠,無法以單一影像擷取裝置32同時擷取影像時,可以在該影像擷取裝置32與對位元件90與91之間設置一光學模組36,其主要是由反射鏡360所構成,可以每一個對位記號之光路導引至影像擷取裝置3上,如此便可同步進行取像。請參閱圖十一所示,該圖係為本發明之元件結合裝置另一實施例示意圖。在本實施例中,其使用場合是在於
如果同一元件上的對位記號(如圖五之兩個對位記號901)相距太遠,無法以單一影像擷取裝置32同時擷取影像時而且又需要有高的影像解析度時,可以利用具有兩個CCD影像感測元件320與321的影像擷取裝置32,每一個CCD影像感測元件320與321分別對應到對位元件之一的對位記號上。例如:(可參閱圖十三A與十三B所示)CCD影像感測元件320則負責擷取第一元件80以及第二元件81上相互對應之對位記號850與852,而CCD影像感測元件321則負責第一元件80以及第二元件81上另一個相互對應之對位記號851與853。
利用圖十一之裝置,請參閱圖十二所示,該圖係為本發明之元件結合方法另一實施例流程示意圖。在本實施例中,該結合方法4包括有下列步驟,可參閱圖十一、十三A與十三B所示,首先進行步驟40提供一影像擷取裝置32,其係具有一第一影像擷取元件320以及一第二影像擷取元件321。接著進行步驟41,以第一影像擷取元件320擷取一第一元件80之第一對位記號850影像以形成一第一影像860以及以一第二影像擷取元件321擷取該第一元件80上之第二對位記號851以形成一第二影像861。然後進行步驟42,將一第二元件91移動至對應該第一元件90上方之位置,形成如圖十一之狀態。接著進行步驟43,以該第一影像擷取元件320擷取該第二元件81之一第三對位記號852影像以形成一第三影像862以及以該第二影像擷取元件321擷取該第二元件81上之第四對位記號853以形成一第四影像863。然後進行步驟44,分別將該第一影像與
該第三影像進行比對程序以及將該第二影像與第四影像進行比對程序,並根據比對之結果調整該第一元件80與該第二元件81之相對位置。最後,在進行步驟45使該第二元件80與該第二元件81相結合。
綜合上述,本發明之元件結合方法與裝置,可以減少因為移動元件所造成之對位誤差。此外,其利用單一影像擷取裝置來擷取元件的影像,避免多支影像擷取裝置取像時造成之誤差,而影響到對位結合之精度。
唯以上所述者,僅為本發明之實施例,當不能以之限制本發明範圍。即大凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化及修飾,仍將不失本發明之要義所在,故都應視為本發明的進一步實施狀況。
10‧‧‧第一影像擷取裝置
11‧‧‧第二影像擷取裝置
13‧‧‧吸嘴
15‧‧‧影像擷取單元
150、151‧‧‧影像擷取裝置
2‧‧‧元件結合方法
20~25‧‧‧步驟
3‧‧‧元件結合裝置
30‧‧‧承載台
31‧‧‧夾取元件
310‧‧‧結構
311‧‧‧透明元件
32‧‧‧影像擷取裝置
320‧‧‧第一影像擷取元件
321‧‧‧第二影像擷取元件
33‧‧‧控制單元
34‧‧‧元件放置盤
35‧‧‧處理裝置
36‧‧‧光學模組
360‧‧‧反射鏡
80‧‧‧第一元件
81‧‧‧第二元件
850‧‧‧第一對位記號
851‧‧‧第二對位記號
852‧‧‧第三對位記號
853‧‧‧第四對位記號
860‧‧‧第一影像
861‧‧‧第二影像
862‧‧‧第三影像
863‧‧‧第四影像
9‧‧‧晶圓
90‧‧‧第一元件
900‧‧‧第一對位記號
91‧‧‧第二元件
910、910a‧‧‧第二對位記號
93‧‧‧第一影像
930、931‧‧‧對位記號
94‧‧‧第二影像
940、941‧‧‧對位記號
圖一與圖二係為習用之晶片對位裝置示意圖。
圖三係為本發明之元件結合方法實施例流程示意圖。
圖四係為晶圓示意圖。
圖五元件上之對位記號示意圖。
圖六係為第一元件與第二元件對位示意圖。
圖七A係為本發明之元件結合裝置示意圖。
圖七B係為本發明之第一元件另一實施例示意圖。
圖七C係為本發明之區域內之結構另一實施例示意圖。
圖八A至圖八D係為本發明之元件結合裝置動作示意圖。
圖九係為第二對位記號位置示意圖。
圖十係為本發明之元件結合裝置另一實施例示意圖。
圖十一係為本發明之元件結合裝置又一實施例示意圖。
圖十二係為本發明之元件結合方法另一實施例流程示意圖。
圖十三A與十三B係為本發明之第一元件與第二元件擷取影像示意圖。
2‧‧‧元件結合方法
20~25‧‧‧步驟
Claims (37)
- 一種元件結合方法,其係包括有下列步驟:以一影像擷取裝置擷取一第一元件之影像以形成一第一影像;將一第二元件移動至對應該第一元件上方之位置;以該影像擷取裝置擷取該第二元件之影像以形成一第二影像;將該第一影像與該第二影像進行比對程序,並根據比對之結果調整該第一元件與該第二元件之相對位置;以及使該第二元件與該第一元件相結合。
- 如申請專利範圍第1項所述之元件結合方法,其中該第一元件與該第二元件分別具有一第一對位記號以及一第二對位記號。
- 如申請專利範圍第2項所述之元件結合方法,其中該比對程序係為判斷該第二對位記號與該第一對位記號之位置差異。
- 如申請專利範圍第2項所述之元件結合方法,其中該第二對位記號係朝向該第一元件或者是背對該第一元件。
- 如申請專利範圍第1項所述之元件結合方法,其中調整該第一元件與該第二元件之相對位置之方式係可選擇移動該第一元件以及該第二元件其中之一。
- 如申請專利範圍第1項所述之元件結合方法,其中於該第二元件與該第一元件元件結合後更包括有一提供一 壓力或加熱於該第二元件上。
- 如申請專利範圍第1項所述之元件結合方法,其中於該第一元件係設置於一晶圓上。
- 如申請專利範圍第1項所述之元件結合方法,其中擷取影像之裝置係為一CCD影像擷取裝置或一CMOS影像擷取裝置。
- 如申請專利範圍第1項所述之元件結合方法,其中擷取影像之裝置係為紅外線影像擷取裝置。
- 如申請專利範圍第1項所述之元件結合方法,其中該第一元件係為晶片、玻璃基板、PCB基板或者是陶瓷基板。
- 如申請專利範圍第1項所述之元件結合方法,其中該第二元件係為晶片。
- 如申請專利範圍第1項所述之元件結合方法,其中該影像擷取裝置與該第一元件之間更具有一光學模組,其係可將該第一元件上之複數個對位記號之光徑導引至該影像擷取裝置內。
- 一種元件結合方法,其係包括有下列步驟:提供一影像擷取裝置,其係具有一第一影像擷取元件以及一第二影像擷取元件;以該第一影像擷取元件擷取一第一元件之第一對位記號影像以形成一第一影像以及以該第二影像擷取元件擷取該第一元件上之第二對位記號以形成一第二影像; 將一第二元件移動至對應該第一元件上方之位置;以該第一影像擷取元件擷取該第二元件之一第三對位記號影像以形成一第三影像以及以該第二影像擷取元件擷取該第二元件上之第四對位記號以形成一第四影像;分別將該第一影像與該第三影像進行比對程序以及將該第二影像與第四影像進行比對程序,並根據比對之結果調整該第一元件與該第二元件之相對位置;以及使該第二元件與該第一元件相結合。
- 如申請專利範圍第13項所述之元件結合方法,其中該比對程序係為判斷該第一對位記號與該第三對位記號之位置差異以及該第二對位記號與該第四對位記號之差異。
- 如申請專利範圍第13項所述之元件結合方法,其中該第三與第四對位記號係朝向該第一元件或者是背對該第一元件。
- 如申請專利範圍第13項所述之元件結合方法,其中調整該第一元件與該第二元件之相對位置之方式係可選擇移動該第一元件以及該第二元件其中之一。
- 如申請專利範圍第13項所述之元件結合方法,其中於該第二元件與該第一元件元件結合後更包括有一提供一壓力或加熱於該第二元件上。
- 如申請專利範圍第13項所述之元件結合方法,其中於 該第一元件係設置於一晶圓上。
- 如申請專利範圍第13項所述之元件結合方法,其中第一與第二擷取影像之裝置係為一CCD影像擷取裝置或一CMOS影像擷取裝置。
- 如申請專利範圍第13項所述之元件結合方法,其中第一與第二擷取影像之裝置係為紅外線影像擷取裝置。
- 如申請專利範圍第13項所述之元件結合方法,其中該第一元件係為晶片、玻璃基板、PCB基板或者是陶瓷基板。
- 如申請專利範圍第13項所述之元件結合方法,其中該第二元件係為晶片。
- 一種元件結合裝置,包括:一承載台,其係可提供承載一第一元件,該第一元件上係具有一第一對位記號;一夾取元件,其係可提供夾取具有一第二對位記號之一第二元件,夾取元件上具有至少一結構可提供看到該第二對位記號相對應;一影像擷取裝置,其係設置於該承載台上方,該影像擷取裝置係可擷取該第一元件之影像以及於該夾取元件夾持該第二元件至該第一元件上方時擷取該第二元件之影像;以及一控制單元,其係可將該影像擷取裝置所擷取關於該第一元件與該第二元件之影像進行比對,並根據比對之結果產生一控制訊號給該承載台或者是該夾 取元件以調整該第一元件與該第二元件之相對位置並結合。
- 如申請專利範圍第23項所述之元件結合裝置,其中該第二對位記號係對應該第一元件或者是對應該影像擷取裝置。
- 如申請專利範圍第23項所述之元件結合裝置,其係更包括有一加壓單元或者是一加熱單元,其中該加壓單元係可提供壓力於該第二元件上,該加熱單元係可提供熱能於該第二元件上。
- 如申請專利範圍第23項所述之元件結合裝置,其中於該第一元件係設置於一晶圓上。
- 如申請專利範圍第23項所述之元件結合裝置,其中該影像擷取裝置係為一CCD影像擷取裝或一CMOS影像擷取裝置。
- 如申請專利範圍第23項所述之元件結合裝置,其中該影像擷取裝置係為紅外線影像擷取裝置。
- 如申請專利範圍第23項所述之元件結合裝置,其中該承載台係可進行至少一維度之移動。
- 如申請專利範圍第23項所述之元件結合裝置,其中該夾取元件係可進行至少一維度之移動。
- 如申請專利範圍第23項所述之元件結合裝置,其中該夾取元件係為一吸嘴。
- 如申請專利範圍第23項所述之元件結合裝置,其中該第一元件係為晶片、玻璃基板、PCB基板或者是陶瓷基 板。
- 如申請專利範圍第23項所述之元件結合裝置,其中該第二元件係為晶片。
- 如申請專利範圍第23項所述之元件結合裝置,其中該結構內具有一透明元件。
- 如申請專利範圍第23項所述之元件結合裝置,其中該結構內開設有至少一通孔。
- 如申請專利範圍第23項所述之元件結合裝置,其中該第一元件上更具有一第三對位記號,該第二元件上更具有一第四對位記號。
- 如申請專利範圍第36項所述之元件結合裝置,其中該影像擷取裝置更具有:第一影像擷取元件,其係分別擷取該第一元件上之第一對位記號之影像以及該第二元件上與該第一對位記號對應之一第三對位記號之影像;以及一第二影像擷取元件,其係分別擷取該第一元件上之一第二對位記號之影像以及該第二元件上與該第二對位記號對應之一第四對位記號之影像。
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