JP2009099850A - 半導体モジュールの製造方法及び製造装置、半導体モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】 封止樹脂の上面が気泡がない平坦な面となる半導体モジュールの製造方法及び製造装置、半導体モジュールを提供する。
【解決手段】基板Ｂに実装された半導体素子Ｃの両側に半導体素子Ｃよりも背の高いスペーサ部材Ｓを配置し、このスペーサ部材Ｓとスペーサ部材Ｓの間に封止樹脂Ｅを充填してヒータが内蔵された加圧プレス機Ｈｐ，Ｈｓにより加圧しながら加熱硬化させる半導体モジュールの製造装置Ｚ１である。離型性を有する帯状の耐熱フィルム材Ｆと、このフィルム材Ｆを巻装する巻装ローラＵ１，Ｕ２と、このフィルム材Ｆを伸張させながら上記スペーサ部材Ｓに貼り付ける転圧ローラＲ１ａとを備える。
【選択図】 図６

Description

本発明は、半導体素子が実装された基板に封止樹脂を充填して、封止樹脂を加圧・加熱手段により加圧しながら加熱硬化させて製造される半導体モジュールの製造方法及び製造装置と半導体モジュールに関する。

携帯情報端末やデジタルカメラなどの電子機器は、多数の半導体モジュールやＣ、Ｒ受動部品等の電子デバイスを配線板に高密度実装することで、小型・薄型化を実現している。半導体モジュールの製造方法としては、例えばポリイミド、ガラスエポキシ（ＦＲ４）等の有機材料からなる基板やリードフレームに半導体素子を実装し、基板に実装された半導体素子の少なくとも両側に、半導体素子よりも背の高い、封止樹脂の流れを堰き止めるためのスペーサ部材を配置し、ポリイミドやエポキシ等の熱硬化樹脂を半導体素子を覆うように充填して樹脂封止する方法がひとつの主流となっている。基板に実装された半導体素子の全周を取り囲むように基板の内側にスペーサ部材を配置する場合には、このスペーサ部材は、特に、ダム枠と呼ばれ、このダム枠は、半導体モジュールの筐体の一部を形成する場合がある。

半導体モジュールは、高密度実装に対応するためマガジン詰めやフィーダー供給、吸着パッドによる移載等が容易な直方体のチップ形状を呈しており、このスペーサ部材とスペーサ部材の間に封止樹脂を充填して加圧・加熱手段により加圧しながら加熱硬化させ、ダイシング装置などで半導体素子が実装された半導体モジュールを切り出したり、予めＶノッチが形成された基板をスクライブするなどして半導体モジュールが製造される。実装装置（マウンター）は、一般に、実装装置に備わった吸着パッドにて半導体モジュールの上面を吸引吸着して移送し、外部配線板に実装する。これら半導体モジュールを確実に吸着するためには、半導体モジュールの上面となる充填されて熱硬化された封止樹脂の上面が、平坦（平面）でなければならない。

一方、ポリイミドやエポキシ等の封止樹脂は、一般に粘度が高く、これらの封止樹脂を半導体素子を覆うように充填すると、充填された封止樹脂の上面が波打ったり凸凹することから、この封止樹脂の凸凹を小さくするために、プレス型や加圧板（重し）等の加圧手段により封止樹脂の上面が加圧され、加熱硬化される。加圧手段と封止樹脂が直接、接触すると、封止樹脂が加圧手段に接着（固着）されてしまうため、離型性を有する耐熱フィルム材（又は耐熱板）が封止樹脂の上面に配された状態で、加圧手段により加圧しながら加熱硬化される。

また、上記封止樹脂の充填量を一定にすることは容易ではなく、上記封止樹脂の充填量を一定にするためには、予め封止樹脂を、基板に実装された半導体素子の少なくとも両側に配置された上述のスペーサ部材（又はダム部材）とスペーサ部材（又はダム部材）との間に溢れるように充填したり、上述のダム枠の内側に溢れるように充填して、上記加圧手段で加圧する際に、充填された樹脂の上部の余分を上記スペーサ部材（又はダム部材、若しくはダム枠）の外側にオーバーフローさせる方法が考えられる。ここで、封止樹脂を、スペーサ部材（又はダム部材）とスペーサ部材（又はダム部材）との間に溢れるように充填するとは、上記スペーサ部材（又はダム部材）とスペーサ部材（又はダム部材）との間に形成されたスペース（空間）の体積（容積）よりも大きい体積（容積）の封止樹脂を充填することを指す。なお、スペーサ部材とスペーサ部材との間に形成されたスペースの体積には、基板に実装された半導体素子の体積は含まないものとする。

また、半導体モジュールの上面となる充填されて熱硬化された封止樹脂の上面を、平坦（平面）にしつつ、上記封止樹脂の充填量を一定にする方法としては、熱硬化された封止樹脂の上面に、機械研磨（研削）や化学研磨（エッチング）などの機械加工や化学処理を施す方法が考えられる。しかしながら、熱硬化された封止樹脂の上面に、機械研磨（研削）や化学研磨（エッチング）などの機械加工や化学処理を施す方法は、一定の寸法精度が得られるものの、上記封止樹脂の上面には、研磨等によるダメージが少なからず生じ、機械研磨の場合では、充填樹脂に応力歪みが残留して内部の半導体素子や配線等にダメージが加わったり、化学処理の場合では、化学処理液による充填樹脂の変質等、様々な問題が発生して、信頼性の低い半導体モジュールとなってしまう。また、高密度実装に適した小型の半導体モジュールに個別に機械加工や化学処理を施すことは、量産性の観点からも現実的ではない。

このような観点から、従来、特許文献１のように、前記封止樹脂５を滴下して自然拡散させ、半導体チップ３及びボンディングワイヤ４を被覆した後に、前記封止樹脂５の上部から、離型性の高いフッ素樹脂等の樹脂の加圧板１３を押し当て、封止樹脂５の上面を平坦に加圧変形させ、その後、前記封止樹脂５を上面から加圧したまま、回路基板２と共に加熱して硬化させる樹脂封止方法が開示されている（図９等参照）。また、特許文献２のように、前記プレス部は、一方の金型にポット、プランジャ及びワーク載置部が形成され、他方の金型に金型カル及び金型ランナゲートが形成され、樹脂路を含む金型クランプ面が（エア吸引され張設された）リリースフィルムにより覆われるトランスファー成形用のモールド金型を備えたことを特徴とする樹脂封止装置が開示されている（請求項９）。
特開２０００−７７４４０号公報 特開２００４−１９３５８２号公報

しかしながら、上記特許文献１、２に記載のリリースフィルムが張設されたプレス型やフッ素樹脂の加圧板は、いずれも充填された封止樹脂の上面から封止樹脂を加圧する構成となっており、充填された封止樹脂の波打ったり凸凹している上面とプレス型（加圧板）の加圧面との間には空気が閉じ込められてしまい、空気が充填された封止樹脂の上面に閉じ込められた状態のまま加熱されるので、熱硬化された封止樹脂の上面には気泡（ボイド）や空洞（凹み）が形成されてしまう。空洞としては、ときに半導体素子よりも大きなものが形成され、特に半導体素子の外周にダム枠が配置されるタイプでは、ダム枠との縁や角部の隙間に封止樹脂が十分に充填されないことが多い。この空洞対策としては、予め封止樹脂を、基板に実装された半導体素子の少なくとも両側に配置された上述のスペーサ部材（又はダム部材）とスペーサ部材（又はダム部材）との間に溢れるように充填したり、上述のダム枠の内側に溢れるように充填して、上記プレス型（加圧板）で加圧する際に、充填された樹脂の上部の余分とともに、閉じ込められた空気をスペーサ部材の外側にオーバーフローさせる方法が考えられる。しかし、空気の粒は、浮力により、プレス型（加圧板）の加圧面側に上昇しようとするため充填された封止樹脂の上面に留まり易く、上記プレス型（加圧板）を上から押しても充填された封止樹脂の上面に留まった状態の空気の粒は元の位置から離れ難いため、結局のところ、熱硬化された封止樹脂の上面には気泡（ボイド）が形成されてしまう。また、上記リリースフィルムは、柔らかくて厚みが薄いので皺が寄り易く、このリリースフィルムの皺により閉じ込められた空気によって、熱硬化された封止樹脂の上面には気泡（ボイド）が形成されてしまう。上記リリースフィルムの皺をなくす方法としては、リリースフィルムをプレス型に真空吸着させ、張設する方法が考えられるが（特許文献２）、プレス型の凹み部にリリースフィルムを皺のない状態で張設することは困難であるとともに、真空吸着機構を設置することで設備も大掛かりとなってしまう。したがって、上記特許文献１、２に記載の樹脂封止方法や樹脂封止装置では、封止樹脂の上面を気泡がない平坦な面とすることは、極めて困難である。

そこで本発明の目的は、封止樹脂の上面が気泡がない平坦な面となる半導体モジュールを効率良く量産することができる半導体モジュールの製造方法及び製造装置と、封止樹脂の上面が気泡がない平坦な面となる半導体モジュールであって、ダム枠が配置されるタイプではダム枠の縁や角部の隙間にも封止樹脂が平坦な面として隙間なく行き渡らせた半導体モジュールを提供することにある。

本発明の半導体モジュールの製造方法は、半導体素子が実装された基板に封止樹脂を充填して、封止樹脂を加圧・加熱手段により加圧しながら加熱硬化させる半導体モジュールの製造方法であって、上記基板の外側に半導体素子よりも高いスペーサ部材を少なくとも一対対向するように配置し、離型性を有する耐熱フィルム材を転圧手段にてスペーサ部材に対して伸張させながら貼り付けることにより、上記スペーサ部材とスペーサ部材との間に溢れるように充填された封止樹脂の上面を平坦にすることを特徴とする。また、半導体素子が実装された基板に封止樹脂を充填して、封止樹脂を加圧・加熱手段により加圧しながら加熱硬化させる半導体モジュールの製造方法であって、上記基板の外側に半導体素子よりも高いスペーサ部材を少なくとも一対対向するように配置するとともに、前記スペーサ部材の内側に、スペーサ部材よりも背が低く、かつ、前記半導体素子よりも背の高いダム部材を少なくとも一対対向するように配置し、離型性を有する耐熱フィルム材を転圧手段にてスペーサ部材に対して伸張させながら貼り付けることにより、上記ダム部材とダム部材との間に溢れるように充填された封止樹脂の上面を平坦にすることを特徴とする。上記スペーサ部材は、少なくとも一対が対向するように配置させるものとし、更に枠状にするためにスペーサ部材を配置しても良い。ダム部材は、上記スペーサ部材と同じように配置するものでも良く、又、上記スペーサ部材が配置されない側に対向するように配置しても良い。また、スペーサ部材とダム部材は、いずれも枠状（四周枠）に対向するように２対を配置するものでも良い。多数個取りの場合は、上記ダム部材は、格子状に対向配置させるものでも良い。

一方、本発明の半導体モジュールの製造装置は、半導体素子が実装された基板に封止樹脂を充填して、封止樹脂を加圧・加熱手段により加圧しながら加熱硬化させる半導体モジュールの製造装置であって、離型性を有する帯状の耐熱フィルム材と、この耐熱フィルム材を巻装する巻装ローラと、この耐熱フィルム材を伸張させながら上記スペーサ部材に貼り付ける転圧手段である転圧ローラ又は転圧スキージとを備え、充填される封止樹脂を平坦化することを特徴とする。

これら本発明によれば、離型性を有する耐熱フィルム材を転圧手段である転圧ローラ又は転圧スキージにて伸張させながら貼り付けて行くことで、上記耐熱フィルム材と充填された封止樹脂の上部との間に形成される空気の粒（ボイド）が介在されるとしても、この空気の粒（ボイド）は、スペーサ部材の外側に押し出されることとなり、貼り付けられた耐熱フィルム材と充填された樹脂の上部の間には空気の粒（ボイド）を残すことがなくなり、上記封止樹脂の上面は、気泡等がない平坦な面となる。

上記スペーサ部材とダム部材を使用する発明としては、前記スペーサ部材を取り外してから加圧手段により加圧することが好ましい。本発明によれば、転圧手段にて耐熱フィルムを貼り付けて行く際に、例えば前記充填された封止樹脂の動的粘弾性や揺変性（チキソトロピー）により、上記転圧ローラ又は転圧スキージの進行方向前方の封止樹脂の上面が一時的に凹んだりうねったりしても、前記スペーサ部材を取り外してから加圧することで、上記封止樹脂の上面は、凹みやうねりのない均一な平面となる。

本発明の半導体モジュールの製造方法としては、前記封止樹脂を平坦にした後、前記離型性を有する耐熱フィルム材をスペーサ部材と封止樹脂に貼り付けた状態のまま、加圧・加熱手段により前記封止樹脂の上面を加圧しながら加熱することが好ましい。本発明によれば、耐熱フィルム材をスペーサ部材と封止樹脂に貼り付けた状態のまま加圧しながら加熱することにより、気泡（ボイド）が入ることを規制しながら、加熱・加圧することができる。また、前記貼り付けられた耐熱フィルム材と巻装手段とが繋がった状態で、加圧・加熱手段により前記封止樹脂の上面を加圧しながら加熱することで、加熱硬化後の封止樹脂の上面から前記貼り付けられた耐熱フィルム材を容易に剥離させることができる。

本発明の半導体モジュールの製造装置としては、前記転圧手段である転圧ローラ又は転圧スキージに近接して配置され、貼り付けられる前の耐熱フィルム材を持ち上げた状態にする持上げローラを備えることが好ましい。本発明によれば、貼り付けられる前の耐熱フィルム材が封止樹脂等に接触しないようにしつつ、耐熱フィルムにテンションをかけたり、耐熱フィルム材を貼り付ける角度を調節したりすることができる。

本発明の半導体モジュールは、半導体素子が実装された基板に封止樹脂を充填して、封止樹脂を加圧・加熱手段により加圧しながら加熱硬化させる半導体モジュールであって、 半導体素子の外周に半導体素子よりも高く上面が平坦なダム枠が形成され、上記封止樹脂は、ダム枠の縁や角部に隙間なく充填され、かつ、その封止樹脂の上面がダム枠の上面と同じ高さの平面として形成されるとともに、その封止樹脂の上面が機械加工や化学処理が施されていないことを特徴とする。ここで、基板と封止樹脂とダム枠とは、その主成分が同一の原材料からなることが好ましい。上記基板と封止樹脂とダム枠の主成分となる原材料としては、ポリイミドやエポキシ（ガラス含有エポキシを含む）などがある。

本発明によれば、上記封止樹脂がダム枠との間に隙間なく充填されるとともに、ダム枠の平坦な上面と同じ高さの平面であることで、上記半導体モジュールの上面は均一な高さの平面となり、外部配線板への実装が容易かつ確実となる。また、上記封止樹脂がダム枠との間に隙間なく平坦に充填されるとともに、熱硬化後の封止樹脂の上面には機械研磨（研削）や化学研磨などの機械加工や化学処理が施されていないことにより、研磨等による樹脂上面へのダメージがなく、信頼性の高い半導体モジュールとなる。

本発明によれば、巻装手段に巻き付けられた離型性を有する耐熱フィルム材を転圧手段である転圧ローラ又は転圧スキージにて伸張させながらスペーサ部材に貼り付けて行くことで、予め上記スペーサ部材の高さよりも高くなるように盛り上げて充填された封止樹脂の上部の余分と、上記貼り付けられる耐熱フィルム材と充填された封止樹脂の上部との間にる空気の粒（ボイド）が入り込むことが防止され、これと同時に、封止樹脂の上面は気泡がない平坦な面となる半導体モジュールを製造することができる。前記半導体素子の外周にダム部材、若しくはダム枠を配置するタイプでは、前記スペーサ部材を取り外してから加圧することで、前記転圧手段である転圧ローラ又は転圧スキージにて貼り付けて行く際に、例えば前記充填された封止樹脂の動的粘弾性やチクソ性により、上記転圧ローラ又は転圧スキージの進行方向前方の封止樹脂の上面が一時的に凹んだり（空洞を生じさせたり）、うねったりしても、前記スペーサ部材を取り外してから加圧することで、上記封止樹脂の上面は、凹み（空洞）やうねりのない均一な平面となる。このようにして製造される半導体モジュールは、熱硬化後の封止樹脂の上面に機械加工や化学処理を施すことなく、上記封止樹脂の上面を平面とすることができ、実装性能の高い半導体モジュールである。また、本発明の半導体モジュールの製造装置によれば、従来のプレス型や真空吸着機構を設置するタイプに比べて、簡単な構造で、上記封止樹脂の上面に空気の粒（ボイド）が入り込むことを防止するとともに平坦な面の封止樹脂の半導体モジュールを製造することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を図面を引用しながら説明する。

（本発明の半導体モジュール）
図１は、本発明の第１の実施形態の半導体モジュール１を示す模式図である。図１（ａ）は、半導体モジュール１の上面図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。ここでは、説明の都合上、以下図１等に示す封止樹脂Ｅは、透明樹脂であるとして説明するが、封止樹脂Ｅは、有色樹脂であったり、着色された樹脂であったり、その色は任意である。本実施形態の半導体モジュール１は、銅箔等からなる配線パターンＧが形成されたポリイミドやガラスエポキシ（ＦＲ４）等の有機材料からなるプリント配線基板Ｂ１に、半導体素子Ｃが実装され（Chip on Board）、金ワイヤーなどの電気接続ワイヤーＷが半導体素子Ｃの上面の配線パターンの配線パッド（図示せず）と半導体素子Ｃが実装された基板Ｂ１の上面（半導体モジュールの内側面）の配線パターンＧｃのランド部とがワイヤーボンディングにより電気接続される。基板Ｂ１の上面（半導体モジュールの内側面）の配線パターンＧｃと基板Ｂ１の底面（半導体モジュールの外側面）の配線パターンＧａとは、貫通ビアＧｂ等の導体接続手段により電気接続されており、半導体Ｃにて形成された電気回路と、基板Ｂの外側面（底面）の外部接続電極Ｇａとが電気接続されることとなる。基板Ｂ１に実装された半導体素子Ｃの全周を取り囲み、半導体素子Ｃを覆うポリイミドやエポキシ等の熱硬化性樹脂Ｅが充填され樹脂封止されている。

上記基板Ｂと上記封止樹脂Ｅは、その主成分が同一の原材料であるポリイミドやエポキシ等の熱硬化性樹脂からなり、かつ、上記封止樹脂Ｅの上面Ｅａは上記基板Ｂの底面Ｂａと平行な平面であり、熱硬化後の封止樹脂Ｅの上面Ｅａには機械加工（研磨、研削）や化学加工（化学研磨）が施されていないものである。半導体モジュール１は、通常、複数（多数）の基板Ｂ１が配された親基板Ｂに複数（多数）の半導体モジュール１が形成され、ダイシング装置などの切断装置により、後述する所定の位置で切り出されて、同時に多数の半導体モジュール１が製造される（図示せず）。

図１に示す半導体モジュール１は、ダム部材Ｄ、若しくはダム枠Ｄを有しないタイプであり、このタイプでは、親基板Ｂにスペーサ部材Ｓを配置することにより、封止樹脂Ｅを充填する。すなわち、四角形状の親基板Ｂの長辺側の対向する両側に少なくともスペーサ部材Ｓを配置するか（図４、図５参照）、或いは、全周に枠状に配置して、これらのスペーサ部材ＳとＳとの間に封止樹脂Ｅを充填する。これらスペーサＳは上面が平坦（平面）として形成されている。なお、一方側スペーサ部材Ｓと他方側スペーサ部材Ｓに代えて、後述するダム枠Ｄとして構成することも可能である。ここで、製品としては、スペーサ部材Ｓは切除されるが、図１に示すダム部材Ｄ、若しくはダム枠Ｄを有しない半導体モジュール１は、封止樹脂Ｅを熱硬化する工程で封止樹脂Ｅとダム枠Ｄとの熱膨張係数の違いによる熱歪みが生じ難く、温度に対する信頼性の高い半導体モジュール１となる。本明細書中では、図４、図５に示すように、四角形状の基板Ｂの外側において、この基板Ｂの両側（一方の対向する各辺側）や枠状に配される部材をスペーサ部材Ｓと定義し、四角形状の基板Ｂの内側において、両側（一方の対向する各辺）や枠状（更には格子状）に配される部材をダム部材Ｄと定義し、特に、上記基板Ｂの内側において、基板Ｂに実装された半導体素子Ｃの全周を取り囲むように配される部材をダム枠Ｄ１（Ｄ２）と定義する。

図２は、本発明の第２の実施形態の半導体モジュール２を示す模式図である。図２（ａ）は、半導体モジュール２の上面図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。本実施形態の半導体モジュール２は、基板（プリント配線基板）Ｂ１に、半導体素子ＣがＣＯＢ（Chip on Board）実装されている。本実施形態の半導体モジュール２は、基板Ｂ１に実装された半導体素子Ｃの全周を取り囲むように半導体素子Ｃよりも背の高い樹脂製のダム枠Ｄ２（Ｄ）が基板Ｂ１の上面（半導体モジュールの内側面）に接着され、ポリイミドやエポキシ等の熱硬化性樹脂Ｅが半導体素子Ｃを覆うように充填され樹脂封止されている。上記ダム枠Ｄ２（Ｄ）としては、図２に示す半導体モジュール２のように、一つの半導体モジュール２ごとの全周囲にダム枠Ｄ２（Ｄ）が配置されるものでも、図４に示す半導体モジュール１のように、複数の半導体素子Ｃをまとめて取り囲むように１つの格子状ダム枠Ｄ１が取り付けられているものでも良い。なお、図２に示す半導体モジュール２や図４に示す半導体モジュール１は、半導体素子Ｃの外周に半導体素子Ｃよりも背の高いダム枠Ｄ２（Ｄ）を有するため、堅牢な半導体モジュール２となるとともに、粘性の低い封止樹脂Ｅを使用可能である。

上記封止樹脂Ｅは、図１に示す半導体モジュール１と同じように、その上面Ｅａがダム枠Ｄ２（Ｄ）の上面Ｄａと同じ高さの平面であり、熱硬化後の封止樹脂Ｅの上面Ｅａには機械加工（研磨、研削）や化学加工（化学研磨）が施されていないため、半導体モジュール２の上面（ＥａおよびＤａ）は均一な高さの平面となり、外部配線板への実装が容易かつ確実となる。さらに、図２に示す半導体モジュール２は、上記封止樹脂ＥがＤ２（Ｄ）ダム枠の内壁（特に内側の縁や角部）との間に隙間なく（空洞を生じさせずに）充填されている。

なお、上記半導体モジュール１、２では、半導体素子Ｃは、基板Ｂ１にＣＯＢ（Chip on Board）実装されている例で説明したが、ＢＧＡ（Ball Grid Array）実装や、ＣＳＰ（Chip Scale Package）実装、ＡＣＦ（Anisotropic Conductive Film）実装であってもよく、半導体素子Ｃの基板Ｂ１への実装方法は、用途により適宜設計する。

（本発明の製造装置）
図６は、本発明を適用した半導体モジュールの製造装置Ｚ１を模式的に示す模式図である。図６（ａ）は半導体モジュールの製造装置Ｚ１の上面図であり、図６（ｂ）は、図６（ａ）のＡｘ−Ａｘ線断面図であり、図６（ｃ）は、図６（ａ）のＡｙ−Ａｙ線断面図である。本発明の半導体モジュールの製造装置Ｚ１は、離型性を有する帯状の耐熱フィルム材Ｆが巻装された第１の巻装ローラＵ１と、第１の巻装ローラＵ１に巻装された耐熱フィルム材Ｆを、少なくとも封止樹脂Ｅの上面Ｅａに貼り付けるのに必要な所定長さだけ引き出して巻装する第２の巻装ローラＵ２とを備える。また、第１の巻装ローラＵ１と第２の巻装ローラＵ２の間には、耐熱フィルム材Ｆを、封止樹脂Ｅの上面Ｅａに貼り付けるのに必要な所定長さ以上に引き出して張力（テンション）を加えるための２対のテンションローラＴ１ａとＴ１ｂ、Ｔ１ｃとＴ１ｄとを備える。テンションローラＴ１ａとＴ１ｂ、Ｔ１ｃとＴ１ｄとは、それぞれ１対のテンションローラ同士の間隔や位置を調整することで、耐熱フィルム材Ｆの張力（テンション）や耐熱フィルム材Ｆの引き出し長さを調整する。

ここで、テンションローラＴ１ａとＴ１ｂの１対でも作業できるが、テンションローラＴ１ａとＴ１ｂ、Ｔ１ｃとＴ１ｄの２対とすることで、図６（ｂ）に示すスペーサ部材Ｓの右側と、スペーサ部材Ｓの左側との耐熱フィルム材Ｆの張力（テンション）の均衡（バランス）がとり易い。また、スペーサ部材Ｓの上面Ｓａの高さは、ダム枠Ｄ１（Ｄ）の上面Ｄａの高さよりも高く設定されている。

本発明の半導体モジュールの製造装置Ｚ１は、上記引き出された耐熱フィルム材Ｆを伸張させながら上記スペーサ部材Ｓの上面Ｓａに貼り付ける転圧手段としての転圧ローラＲ１ａを備える。転圧ローラＲ１ａは、図６（ｂ）に示すように、回転方向ｃｃｗの方向（左回り）に回転しながら、スペーサ部材Ｓの右側から左側に向かって進行方向ｘａの方向に進むことで、耐熱フィルム材Ｆをスペース部材Ｓの上面Ｓａに密着させるとともに、盛り上がった封止樹脂Ｅの上面Ｅａの高さを平坦に均一化して、封止樹脂Ｅの上面Ｅａの高さとスペース部材Ｓの上面Ｓａの高さを等しくする。すなわち、転圧ローラＲ１ａは、その両端部をスペーサ部材Ｓに乗せることで安定化を図りながら進むことで、耐熱フィルム材Ｆをスペース部材Ｓの上面Ｓａに密着させるとともに、盛り上がった封止樹脂Ｅの上面Ｅａの高さを平坦化する。なお、転圧ローラＲ１ａの進行方向としては、一方のスペーサ部材Ｓの方からスペーサ部材Ｓの方に向かって進行させることも可能である。また、転圧ローラＲ１ａの進行方向ｘａの前方には、その下端が転圧ローラＲ１ａの下端の位置よりも高い位置に配された持上げローラＲ１ｂを備える。持上げローラＲ１ｂは、上記引き出された耐熱フィルム材Ｆを持ち上げて、貼り付け前の耐熱フィルム材Ｆが封止樹脂Ｅの上面Ｅａに接触しないようにさせる働きをする。転圧ローラＲ１ａと持上げローラＲ１ｂは、接近した状態で対になって動作することで、転圧ローラＲ１ａと持上げローラＲ１ｂとに架け渡された耐熱フィルム材Ｆにより均一な張力で伸張するので、耐熱フィルム材Ｆに皺が寄ることはない。また、持上げローラＲ１ｂを配することで、テンションローラＴ１ｃ（Ｔ１ｂ）及び巻装ローラＵ２の高さを低くすることができ、半導体モジュールの製造装置Ｚ１の高さを低くしても、貼り付け前の耐熱フィルム材Ｆが封止樹脂Ｅの上面Ｅａに接触しないようにできる。なお、持上げローラＲ１ｂは省いても作業することは可能である。

テンションローラＴ１ｂの耐熱フィルム材Ｆとの接線Ｔ１ｂｓの高さは、スペーサ部材Ｓの上面Ｓａの高さと一致する。また、転圧ローラＲ１ａと耐熱フィルム材Ｆとの接線Ｒ１ａｓの高さは、スペーサ部材Ｓの上面Ｓａに耐熱フィルム材Ｆの厚みＦｔを加えた高さと一致する。したがって、テンションローラＴ１ｂと転圧ローラＲ１ａの間の耐熱フィルム材Ｆは、スペーサ部材Ｓに密接した状態（貼り付いた状態）を維持する。

本発明の半導体モジュールの製造装置Ｚ１は、転圧ローラＲ１ａを有しており、巻装ローラＵ１とＵ２の間の耐熱フィルム材Ｆの張力（テンション）を一定に保ちながら封止樹脂Ｅの上面Ｅａに耐熱フィルム材Ｆを貼り付けることができるので、耐熱フィルム材Ｆへの張力が均一になり皺が発生し難いものとなる。

図７は、本発明を適用した半導体モジュールの製造装置Ｚ２を模式的に示す模式図である。図７（ａ）は半導体モジュールの製造装置Ｚ２の上面図であり、図７（ｂ）は、図７（ａ）のＡｘ−Ａｘ線断面図であり、図７（ｃ）は、図７（ａ）のＡｙ−Ａｙ線断面図である。本発明の半導体モジュールの製造装置Ｚ２は、上記引き出された耐熱フィルム材Ｆを伸張させながら上記スペーサ部材Ｓの上面Ｓａに貼り付ける転圧手段としての転圧スキージＱ１を備える。転圧スキージＱ１は、長方形の直方体形状を呈しており、転圧スキージＱ１の下端と耐熱フィルム材Ｆとで形成する角度θは、鋭角となっており、詳しくは５度から４５度の角度θである。転圧スキージＱ１と耐熱フィルム材Ｆとの接線Ｑ１ｓ付近の形状は、その断面が直角形状（長方形の直方体形状）以外に、断面半円状や断面鋭角状（剣先スキージ）であってもよく、封止樹脂Ｅの物性（粘度、動的粘弾性など）に応じて適宜設計する。

テンションローラＴ１ｂの耐熱フィルム材Ｆとの接線Ｔ１ｂｓの高さは、スペーサ部材Ｓの上面Ｓａの高さと一致する。また、転圧スキージＱ１と耐熱フィルム材Ｆとの接線Ｑ１ｓの高さは、スペーサ部材Ｓの上面Ｓａに耐熱フィルム材Ｆの厚みＦｔを加えた高さと一致する。したがって、テンションローラＴ１ｂと転圧スキージＱ１の間の耐熱フィルム材Ｆは、スペーサ部材Ｓに密接した状態（貼り付いた状態）を維持する。

本発明の半導体モジュールの製造装置Ｚ２は、転圧スキージＱ１を有しており、盛り上がった封止樹脂Ｅを効率的に前方に押し出すことができるので、耐熱フィルム材Ｆとスペーサ部材Ｓを確実に密接させ、封止樹脂Ｅを平坦にすることができる。

（本発明の製造方法）
図３は、本発明の一実施形態の半導体モジュール１（２）の製造手順を示す工程フローチャートである。図４は、本発明の半導体モジュール１（２）の製造手順のうち、親基板Ｂの樹脂充填工程での模式図である。図４（ａ）は、親基板Ｂの上面図であり、図４（ｂ）は、図４（ａ）のＡｘ−Ａｘ線断面図であり、図４（ｃ）は、図４（ａ）のＡｙ−Ａｙ線断面図である。図５は、本発明の半導体モジュール１、２の製造手順のうち、親基板Ｂの樹脂充填工程での模式図である。図５（ａ）は、親基板Ｂの上面図であり、図５（ｂ）は、図５（ａ）のＡｘ−Ａｘ線断面図であり、図５（ｃ）は、図５（ａ）のＡｙ−Ａｙ線断面図である。図４に示す親基板（プリント配線基板）Ｂは、複数の半導体素子Ｃをまとめて取り囲むように１つの格子状ダム枠Ｄ１が取り付けられており、図５に示す親基板Ｂは、複数の半導体素子Ｃをそれぞれ１つずつ取り囲むように格子状ダム枠Ｄ２が取り付けられている。なお、半導体モジュール１の製造方法では、ダム枠Ｄ１を使用しない場合もあるが、その場合は、ダム枠Ｄ１の代わりに上記スペーサ部材Ｓを使用して、同じように封止樹脂Ｅを充填して加圧・加熱する。以下、図３に示す工程フローチャートに従い、本発明を適用した半導体モジュール１の製造方法を例に説明する。

まず、半導体モジュール１を構成するプリント配線基板Ｂ１（図４（ａ）の点線ｖで囲ったエリア）が複数配設された親基板Ｂの上面（半導体素子Ｃが実装される面）に、半導体素子Ｃを親基板Ｂの配線基板Ｂ１の所定位置に接着して、金ワイヤーＷをワイヤーボンディングにより配線し、半導体素子Ｃを基板Ｂ１に取り付ける（図３のＳ１、図４（ａ））。次に、熱硬化性樹脂からなる格子状のダム枠Ｄ１（Ｄ）を、複数の半導体素子Ｃを取り囲むように、複数の半導体素子Ｃの外周に接着する（図３のＳ２、図４（ａ））。ダム枠Ｄ１と基板Ｂは、接着剤にて接着され、接着剤としては、例えば、熱硬化性接着剤、ＵＶ接着剤などを用いたり、常温硬化型接着剤で仮止めしておき、後述する封止樹脂Ｅにて本接着させてもよい。ダム枠Ｄ１の基板Ｂからの高さは、ワイヤーＷを含めた半導体素子Ｃの基板Ｂからの高さよりも高く、ワイヤーＷ及び半導体素子Ｃが完全に覆われる高さとなっている（図４（ｂ））。ここで、工程Ｓ１と工程Ｓ２の順序は入れ替えることができ、工程設計により適宜、順序を入れ替える。

次に、親基板Ｂをヒータが内蔵されたヒータステージＨｓに載置して、親基板Ｂに実装された複数の半導体素子Ｃの外側の両側に２つのスペーサ部材Ｓを配置する（図３のＳ３、図４（ａ））。つまり、図４（ａ）では、親基板Ｂの両側に２つのスペーサ部材Ｓが配置されることとなる。なお、図４（ａ）では、スペーサ部材Ｓは、親基板Ｂの向こう側と手前側に配置されているが、親基板Ｂの右側と左側に配置されていてもよい。スペーサ部材Ｓの上面Ｓａの高さは、ダム枠Ｄ１の上面Ｄａの高さよりも高く、ワイヤーＷ及び半導体素子Ｃが完全に覆われる高さとなっている（図４（ｂ）、（ｃ））。そして、ディスペンサにより封止樹脂Ｅをダム枠Ｄ１の内側に充填する（図３のＳ４、図４（ｂ）、（ｃ））。封止樹脂Ｅは、熱硬化性樹脂であり、例えばその主成分がポリイミドやエポキシ等の熱硬化性樹脂である。封止樹脂Ｅの充填量は、ダム枠Ｄ１の内側の体積よりも少し多くする。つまり、封止樹脂Ｅの上面Ｅａの高さがダム枠Ｄ１の上面Ｄａの高さよりもやや高くなるように、封止樹脂Ｅを充填する。ここで、工程Ｓ３と工程Ｓ４の順序は入れ替えることができ、工程設計により適宜、順序を入れ替える。

図８は、本発明を適用した半導体モジュールの製造装置Ｚ１による製造手順を示す断面模式図である。まず、離型性を有する帯状の耐熱フィルム材Ｆが巻装された第１の巻装ローラＵ１から耐熱フィルム材Ｆを均一に張力をかけながら皺が寄らないように引き出して、テンションローラＴ１ａとＴ１ｂの間に架け渡し、転圧ローラＲ１ａと持上げローラＲ１ｂの間に架け渡し、テンションローラＴ１ｃとＴ１ｄの間に架け渡し、第２の巻装ローラＵ２に、少なくとも封止樹脂Ｅの上面Ｅａに貼り付けるのに必要な所定長さだけ引き出して巻装する。第２の巻装ローラＵ２は、図８では時計回り（右回り）に回転させて耐熱フィルム材Ｆを巻装する。各種ローラＵ１，Ｕ２，Ｔ１ａ，Ｔ１ｂ，Ｒ１ａ，Ｒ１ｂ，Ｔ１ｃ，Ｔ１ｄ，Ｕ２により、耐熱フィルム材Ｆを所定長さに引き出した状態で、一定の張力（テンション）を加えて、皺が発生しないようにする。耐熱フィルム材Ｆとしては、例えばテフロン（登録商標）、ポリオレフィン、フッ素ポリマーフィルムなどが用いられたり、高分子フィルムにシリコーン等の離型剤をコーティングするなどした離型性を有する帯状の耐熱フィルム材が用いられる。

上記封止樹脂Ｅを充填した後、転圧ローラＲ１ａと持上げローラＲ１ｂとを進行方向ｘａの方向に移動させ、テンションローラＲ１ｂにて耐熱フィルム材Ｆを持ち上げながら、転圧ローラＲ１ａにて耐熱フィルム材Ｆを介して盛り上がった封止樹脂Ｅの上面Ｅａの高さを平坦に均一化して、耐熱フィルム材Ｆをスペース部材Ｓの上面Ｓａに密着させ、封止樹脂Ｅの上面Ｅａに貼り付ける（図３のＳ５、図８（ｂ））。耐熱フィルム材Ｆを封止樹脂Ｅの上面Ｅａに貼り付けるに際して、耐熱フィルム材Ｆへの張力（テンション）が一定範囲を超えないようにテンションローラＴ１ｃ，Ｔ１ｄの間隔を調整したり、第２の巻装ローラＵ２を反時計回りｃｃｗ方向に回転させ、耐熱フィルム材Ｆを繰り出して、必要な長さの耐熱フィルム材Ｆを供給する。本発明の半導体モジュールの製造装置Ｚ１は、転圧ローラＲ１ａにて、封止樹脂Ｅがスペース部材Ｓの上面Ｓａよりも盛り上がった樹脂部分を気泡とともに一方側スペーサ部材Ｓから他方側スペース部材Ｓへと押し出すか、又は、これとは交差する方向において、対向する平行なスペーサ部材Ｓ、Ｓの上に各々転圧ローラＲ１ａの前後端側を載せるように転がして封止樹脂Ｅを押し出す。すると、耐熱フィルム材Ｆを皺のない伸張させた状態で、封止樹脂Ｅの上面Ｅａに貼り付けるので、耐熱フィルム材Ｆと封止樹脂Ｅの上面Ｅとの間には気泡や空気の粒（ボイド）が残らない。

耐熱フィルム材Ｆを封止樹脂Ｅの上面Ｅａに貼り付けた後、降下するヒータプレートＨｐを貼り付けられた耐熱フィルム材Ｆの上に近接配置して、スペーサ部材ＳをヒータステージＨｓから取り外し（図３のＳ６、図８（ｃ））、ヒータプレートＨｐを貼り付けられた耐熱フィルム材Ｆの上に載置する。または、降下するヒータプレートＨｐを貼り付けられた耐熱フィルム材Ｆの上に載置してからスペーサ部材ＳをヒータステージＨｓから取り外してもよい。このようにスペーサ部材Ｓを取り外すと、耐熱フィルム材Ｆがシワにならない状態を維持でき、耐熱フィルム材Ｆと接する封止樹脂Ｅの上面Ｅａの平面化が図られる。

次に、ヒータプレートＨｐを進行方向ｙｃの方向（下方向）に加圧して、封止樹脂Ｅがダム枠Ｄ１の上面Ｄａよりも盛り上がった樹脂部分をダム枠Ｄ１の外周に押し出し、封止樹脂Ｅの上面Ｅａをダム枠Ｄ１の上面Ｄａと一致させる（図８（ｄ））。ダム枠Ｄ１の外周に押し出された樹脂Ｅｂは、表面張力により、基板Ｂのダム枠Ｄ１の外周に溢れ出るが、親基板Ｂの外周の大きさは、予めダム枠Ｄ１の外周よりも一回り大きく設定されており、ダム枠Ｄ１の外周に押し出された樹脂Ｅｂが基板Ｂの外周からはみ出さないように設定されている。

そして、ヒータプレートＨｐを加圧、又は、ヒータプレートＨｐの自重により封止樹脂Ｅの上面Ｅａに荷重を加えた状態で、ヒータプレートＨｐ、および／又は、ヒータステージＨｓを加熱して、親基板Ｂを加熱して、封止樹脂Ｅを加熱硬化させる（図３のＳ７、図８（ｄ））。加熱時間は数秒から数時間の範囲で、親基板Ｂの熱容量や封止樹脂Ｅの加熱硬化条件に応じて適宜設定する。なお、ここでは、封止樹脂Ｅの加熱硬化は、加圧・加熱工程Ｓ７にて仮硬化から本硬化まで行うとしているが、封止樹脂Ｅの物性や製造工程設計により、加圧・加熱工程Ｓ７にて仮硬化して、次工程のフィルム材剥離工程Ｓ８以後に本硬化する場合がある。

封止樹脂Ｅが加熱硬化した後、ヒータプレートＨｐを進行方向ｙｄの方向（上方向）に移動させ、持上げローラＲ１ｂを進行方向ｘｂの方向に移動させて、封止樹脂Ｅの上面Ｅａに貼り付いた耐熱フィルム材Ｆを剥離させ、第２の巻装ローラＵ２を時計回りｃｗ方向に回転させて、耐熱フィルム材Ｆの緩み分を再巻装する（図３のＳ８、図８（ｅ））。つまり、貼り付けられた耐熱フィルム材Ｆを繰り返し使用可能な構造になっている。

そして、加熱硬化された親基板ＢをヒータステージＨｓから取り出し（図８（ｆ））、ダイシング装置などの切断装置にて親基板Ｂから半導体モジュール１を切り出し（図３のＳ９、図８（ｇ））、半導体モジュール１が完成する。

（実施例１）
実験用に、手作業（マニュアル）で動作する半導体モジュールの製造装置Ｚ１を使用して、半導体モジュール２を製作した。そして、エポキシ樹脂（ＦＲ４）の親基板Ｂに半導体チップＣを搭載してＣＯＢ接続し、図５に示すエポキシ樹脂のダム枠Ｄ２をガラスエポキシ（ＦＲ４）からなるプリント配線基板Ｂに接着して、エポキシ樹脂Ｅを充填して、テフロン（登録商標）シート材Ｆを介して転圧ローラＲ１ａにて封止樹脂Ｅを均一して、上部からヒータプレスＨｐにて、加圧しながら加熱させ、封止樹脂Ｅを加熱硬化させた。このように製造された半導体モジュール２の外観を確認したところ、封止樹脂Ｅは、ダム枠Ｄ２の縁や角部に隙間なく充填されるとともに。封止樹脂Ｅの上面Ｅａとダム枠Ｄ２の上面Ｄａは同じ高さとなり、封止樹脂Ｅの上面Ｅａの表面は平坦であり、気泡（ボイド）、空洞（凹みや）やうねりはなかった。

以上、本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではない。例えば、ここでは、基板Ｂの内側に配置され、基板Ｂに実装された半導体素子Ｃの全周を取り囲むように半導体素子Ｃよりも背の高い、封止樹脂Ｅの流れを堰き止めるためのダム枠Ｄ１（Ｄ２）を設ける場合の製造方法について説明したが、例えば、封止樹脂Ｅが常温でその形状を保持できる程度の粘度を有するなど封止樹脂Ｅの物性によっては、四角形状の基板Ｂの内側において、この基板Ｂの少なくとも一方の対向する両側に半導体素子Ｃよりも背の高いダム部材Ｄを設けても良く（両方の対向する両側に設けることも可能）、さらには、ダム部材Ｄを設けなくても、基板Ｂの外側において、四角形状の基板Ｂの少なくとも一方の対向する両側に、半導体素子Ｃよりも背の高いスペーサ部材Ｓのみを設けるものでも良い（両方の対向する両側に設けることも可能である。また例えば、リードフレームに半導体素子を実装する構成についても本発明を応用することができる。このように、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更が可能であることは言うまでもない。

本発明の第１の実施形態の半導体モジュールを示す模式図である。図１（ａ）は、半導体モジュール１の上面図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。 本発明の第２の実施形態の半導体モジュールを示す模式図である。図２（ａ）は、半導体モジュール２の上面図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。 本発明を適用した半導体モジュールの製造手順を示す工程フローチャートである。 本発明の第１の実施形態の半導体モジュールとなる親基板の樹脂充填工程での模式図である。図４（ａ）は、親基板の上面図であり、図４（ｂ）は、図４（ａ）のＡｘ−Ａｘ線断面図であり、図４（ｃ）は、図４（ａ）のＡｙ−Ａｙ線断面図である。 本発明の第２の実施形態の半導体モジュールとなる親基板の樹脂充填工程での模式図である。図５（ａ）は、親基板の上面図であり、図５（ｂ）は、図５（ａ）のＡｘ−Ａｘ線断面図であり、図５（ｃ）は、図５（ａ）のＡｙ−Ａｙ線断面図である。 本発明を適用した半導体モジュールの製造装置Ｚ１を模式的に示す模式図である。図６（ａ）は半導体モジュールの製造装置の上面図であり、図６（ｂ）は、図６（ａ）のＡｘ−Ａｘ線断面図であり、図６（ｃ）は、図６（ａ）のＡｙ−Ａｙ線断面図である。 本発明を適用した半導体モジュールの製造装置Ｚ２を模式的に示す模式図である。図７（ａ）は半導体モジュールの製造装置の上面図であり、図７（ｂ）は、図７（ａ）のＡｘ−Ａｘ線断面図であり、図７（ｃ）は、図７（ａ）のＡｙ−Ａｙ線断面図である。 本発明を適用した半導体モジュールの製造装置による製造手順を示す断面模式図である。 本発明を適用した半導体モジュールの製造装置による製造手順を示す断面模式図である。

符号の説明

１，２ 半導体モジュール、
Ｂ，Ｂ１ プリント配線基板（基板、親基板）、
Ｃ 半導体素子、
Ｄ，Ｄ１，Ｄ２ ダム枠（ダム部材）、
Ｅ 封止樹脂、
Ｆ 耐熱フィルム材、
Ｓ スペーサ部材、
Ｚ１，Ｚ２ 半導体モジュールの製造装置、
Ｕ１ 第１の巻装ローラ、
Ｕ２ 第２の巻装ローラ、
Ｔ１ａ，Ｔ１ｂ，Ｔ１ｃ，Ｔ１ｄ テンションローラ、
Ｒ１ａ 転圧ローラ（転圧手段）、
Ｑ１ 転圧スキージ（転圧手段）、
Ｒ１ｂ 持上げローラ、
Ｈｐ ヒータプレート（プレス機）、
Ｈｓ ヒータステージ（プレス機）

Claims (7)

1. 半導体素子が実装された基板に封止樹脂を充填して、封止樹脂を加圧・加熱手段により加圧しながら加熱硬化させる半導体モジュールの製造方法であって、
   上記基板の外側に半導体素子よりも高いスペーサ部材を少なくとも一対対向するように配置し、
   離型性を有する耐熱フィルム材を転圧手段にてスペーサ部材に対して伸張させながら貼り付けることにより、上記スペーサ部材とスペーサ部材との間に溢れるように充填された封止樹脂の上面を平坦にすることを特徴とする半導体モジュールの製造方法。
2. 半導体素子が実装された基板に封止樹脂を充填して、封止樹脂を加圧・加熱手段により加圧しながら加熱硬化させる半導体モジュールの製造方法であって、
   上記基板の外側に半導体素子よりも高いスペーサ部材を少なくとも一対対向するように配置するとともに、前記スペーサ部材の内側に、スペーサ部材よりも背が低く、かつ、前記半導体素子よりも背の高いダム部材を少なくとも一対対向するように配置し、離型性を有する耐熱フィルム材を転圧手段にてスペーサ部材に対して伸張させながら貼り付けることにより、上記ダム部材とダム部材との間に溢れるように充填された封止樹脂の上面を平坦にすることを特徴とする半導体モジュールの製造方法。
3. 前記スペーサ部材を取り外してから加圧手段により加圧することを特徴とする請求項２記載の半導体モジュールの製造方法。
4. 前記封止樹脂を平坦にした後、前記離型性を有する耐熱フィルム材をスペーサ部材と封止樹脂に貼り付けた状態のまま、加圧・加熱手段により前記封止樹脂の上面を加圧しながら加熱することを特徴とする請求項１又は２記載の半導体モジュールの製造方法。
5. 半導体素子が実装された基板に封止樹脂を充填して、封止樹脂を加圧・加熱手段により加圧しながら加熱硬化させる半導体モジュールの製造装置であって、
   離型性を有する帯状の耐熱フィルム材と、この耐熱フィルム材を巻装する巻装ローラと、この耐熱フィルム材を伸張させながら上記スペーサ部材に貼り付ける転圧手段である転圧ローラ又は転圧スキージとを備え、充填される封止樹脂を平坦化することを特徴とする半導体モジュールの製造装置。
6. 前記転圧手段である転圧ローラ又は転圧スキージに近接して配置され、貼り付けられる前の耐熱フィルム材を持ち上げた状態にする持上げローラを備えることを特徴とする請求項５記載の半導体モジュールの製造装置。
7. 半導体素子が実装された基板に封止樹脂を充填して、封止樹脂を加圧・加熱手段により加圧しながら加熱硬化させる半導体モジュールであって、
   半導体素子の外周に半導体素子よりも高く上面が平坦なダム枠が形成され、
   上記封止樹脂は、ダム枠の縁や角部に隙間なく充填され、かつ、その封止樹脂の上面がダム枠の上面と同じ高さの平面として形成されるとともに、その封止樹脂の上面が機械加工や化学処理が施されていないことを特徴とする半導体モジュール。
   

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