DE2413669C3 - Verbundfolie, ihre Verwendung und Verfahren zu ihrer Herstellung - Google Patents
Verbundfolie, ihre Verwendung und Verfahren zu ihrer HerstellungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Verbundfolie aus einem Metallträger und einer nicht selbsttragenden, auf
galvanischem Wege erzeugten Kupferfolie einer Dicke von 2 bis 12μπι, ein Verfahren zum Herstellen einer
derartigen Verbundfolie und die Verwendung derselben zum Herstellen von Schichtkörpern, die in gedruckte
Schaltkreise überführt werden können.
Gedruckte Schaltkreisplatten werden üblicherweise ausgehend von kupferüberzogenen Schichtkörpern
vermittels eines Ätzverfahrens hergestellt Die zum Herstellen gedruckter Schaltkreisplatten angewandten
kupferüberzogenen Schichtkörper werden üblicherweise ausgehend von Kupferfolie und einem als Isolations' bo
material wirkenden Substrat hergestellt vermittels Beaufschlagen von Wärme und Druck in einer
entsprechenden Presse. Bei dem herkömmlichen Ätzverfahren wird die ktipferüberzogene Oberfläche mit
einem Photolack überzogen und sodann mit einer den ^ angestrebten Schaltkreis definierenden Maske abgedeckt.
Der Photolack wird sodann belichtet, wodurch der den angestrebten Schaltkreislinien entsprechende
Teil entwickelt und gehärtet wird. Der nicht entwickelte Photolack wird weggewaschen, und die maskierte
Oberfläche wird sodann mit einer Ätzlösung behandelt, wobei die nicht abgedeckten Teile des Kupfers entfernt
werden.
Ein bei derartigen Verfahren üblicherweise auftretendes Problem bezeichnet man als »Unterschneidung«,
wobei die Ätzlösung während des Entfernens des Kupfers die durch die Maske geschützten Kupferlinien
von der Seite aus unter der Maske angreift Dies Problem ist besonders dort ausgeprägt, wo man das
Herstellen einer Schaltkreisplatte mit sehr feinen Linien anstrebt
Eine Lösung dieses Problems besteht in dem Anwenden einer sehr dünnen Schicht des Kupferüberzuges.
Bei Verringerung der Dicke des Kupferüberzuges ergeben sich weitere Vorteile, d. h, die erforderliche
Ätzzeit wird verringert, und die Probleme im Zusammenhang
mit der Entfernung der verbrauchten, kupferenthaltenden Ätzlösung werden leichter gestaltet
Es liegt somit ein Bedürfnis für ein Verfahren vor, das für die industrielle Herstellung von ultradünnen Folien
in größeren Mengen geeignet ist Bei der Herstellung von ultradünnen Folien ergeben sich jedoch sehr
spezielle Probleme, die nicht bei der Herstellung der dickeren Folien auftreten. Diese Probleme lassen sich
zusammenfassen als 1) Schwierigkeiten im Zusammenhang mit der Art und den Begrenzungen der
Plattierungsoberfläche und 2) Schwierigkeiten, wie sie bei der Handhabung und dem Arbeiten mit einer nicht
selbsttragenden, ultradünnen Folie auftreten.
Zur Erfüllung der geschilderten Erfordernisse ist es also notwendig, eine geeignete Verbundfolie zu
schaffen..Als relevante bekanntgewordene technische Vorschläge seien die folgenden genannt
Die US-PS 21 05 440 beschreibt eine Verbesserung der mechanischen Festigkeit der in die Verbundfolie
eingehenden, nicht selbsttragenden Kupferfolie dahingehend,
daß eine faserartige oder Papierunterlage an der freiliegenden Oberfläche der Folie vor der
Entfernung der Folie von einer umlaufenden Kathode befestigt wird Dieses Verfahren ähnelt stark demjenigen
nach der US-PS 4 54 381. Die Idee eines Anklebens von Papier an eine elektrolytische Abscheidung auf der
Oberfläche einer sich bewegenden Trommel bedingt jedoch weitere Probleme. So wird z. B. nach der
erstgenannten Veröffentlichung ein schnell abbindender, harzartiger Klebstoff angewandt aufgrund der
kurzen zur Verfügung stehenden Zeitspanne für das Abbinden des Klebstoffs bevor ein Entfernen von der
Kathode erfolgt, die sich mit einer wirtschaftlich annehmbaren Geschwindigkeit bewegen muß. Die
Schwierigkeit des Entfernens derartiger harzartiger Klebstoffe würde ein wesentliches Problem darstellen,
wenn eine Folie, wie nach der erstgenannten Veröffentlichung hergestellt, im Zusammenhang mit der Herstellung
gedruckter Schaltkreisplatten zur Anwendung kommen soll. Die dünne Kupferschicht nach dieser
Veröffentlichung würde, wenn sie auf ihrer freien Oberfläche mit einem zweiten harzartigen Substrat
unter Ausbilden eines Schichtkörpers verbunden wird, eine geringe Neigung für ein Anhaften an dem einen
oder anderen Substrat zeigen. Selbst wenn man ein Verfahren für das selektive Entfernen des Papiers und
ersten Klebstoffs entwickeln würde, ohne daß ein Zerreißen der dünnen Kupferschicht erfolgt, würde die
Oberfläche der dünnen Kupferschicht immer noch ein
Säubern erforderlich machen unter Entfernen von Spuren des ersten Klebstoffs.
Die US-PS 24 33 441 beschreibt ein Verfahren für die kontinuierliche Herstellung einer ultradünnen Kupferfolie
vermittels elektrolytischer Abscheidung eines dünnen Kupferfilms auf einem endlosen Stahlband,
Überziehen des so abgeschiedenen Kupfers mit einem flüssigen und eine Folie bildenden Material, das als
Träger dient und anschließendes Trocknen des Materials unter Ausbilden eines Films oder Folie und
anschließendes mechanisches Abtrennen des von dem Film oder Folie getragenen Kupfers von dem rostfreien
Stahlband. Die sodann vorliegende dünne Kupferfolie kann auf einen dünnen Papierträger in Form von
Glassinpapier aufgebracht und sodann der Film- oder Folienträger entfernt werden. Genauso wie bei dem
weiter oben abgehandelten Stand der Technik kann die in dieser Weise hergestellte Folie nicht zum Herstellen
bedruckter Schaltkreisplatten angewandt werden, da das Unterlage- bz». Kaschierungsmaterial nicht den
Bedingungen standzuhalten vermag, wie sie beim Laminieren auftreten.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Verbundfolie aus einem Metallträger und einer nicht
selbsttragenden Kupferfolie und zugeordnetes Herstellungsverfahren zu schaffen, die es ermöglichen, diese
Verbundfolie in Schichtkörper zu überführen, die insbesondere zum Herstellen bedruckter Schaltkreisplatten
geeignet sind.
Diese Aufgabe wird nun in kennzeichnender Weise zum einen dadurch ?e!öst, daß der Metallträger der
Verbundfolie eine auf galvanischem Wege erzeugte Trägerfolie aus Kupfer ist und zwischen frägerfolie und
nicht selbsttragender KupferfoKe eine Trennschicht angeordnet ist sowie zum anderen dadui ti, daß auf die
galvanisch erzeugte Trägerfolie eine Trennschicht aufgebracht wird Das Aufbringen der Trennschicht
kann galvanisch oder chemisch vorgenommen werden, wobei sich Trennschichten aus Sulfiden, Chromaten,
Oxiden, Chrom, insbesondere depassiviertem Chrom, Blei, Nickel und Silber als geeignet erwiesen haben.
Die erfindungsgemäß erzielten Vorteile sind unter anderem darin zu sehen, daß die Verbundfolie das
einwandfreie Herstellen von Schichtkörpern mit einer ultradünnen Kupferfolie ermöglicht, wobei von Wichtigkeit ist, daß die Kupferfolie keine Diskontinuiäten
besitzt und somit bei dem Herstellen eines einschlägigen Schichtkörpers nicht die Gefahr besteht, daß Klebemittel
durch die Kupferfolie hindurchtreten können. Auf die weiteren Vorteile einer besonders dünnen Kupferfolie
oder Kupferschicht wurde bereits weiter oben hinge* wiesen, also das Vermeiden von Unterscheidungen bei
dem Ätzvorgang, ein geringer Aufwand an Ätzmittel bei der Ätzung und verringerter Aufwand bei der
Wiederaufbereitung der verbrauchten Ätzlösung. -
Eine geeignete Dicke für die Kupfertragfolie beläuft
sich auf 30 bis 150 um, und eine Dicke von 30μπι
entspricht einem Gewicht der Kupferfolie von 305 g/m2 und eine Dicke von 150 μπι entspricht einem Gewicht
der Kupferfolie von 1525 g/m*.
Eine Sulfid-Trennschicht kann ausgebildet werden entweder durch einfaches Eintauchen der Tragerfolie in
eine wäßrige Sulfid-Lösung oder durch elekrolytische Behandlung in einem Sulfid enthaltenden Elektrolyten.
Es können verschiedene allotrope Formen an Kupfersulfid, und zwar kristallin und amorph auf der
Oberfläche der Kupferfolie oder des Trägers durch Eintauchen in eine wäßrige Lösung eines geeigneten
Sulfids ausgebildet werden und hierzu gehören z, B. Natriumsulfid, Kaliumsulfid, Ammoniumsulfid oder
Polysulfide, wie Ammoniumpolysulfid, das die Formel {(NHO2S},, besitzt Es kann Kupfersulfid auf der
5 Oberfläche eines Kupfersubstrates durch elektrolytische Abscheidung aus ähnlichen Lösungen ausgebildet
werden. Wenn auch Sulfid-Trennschichten erfindungsgemäß anwendbar sind, besteht doch ein Nachteil
derartiger Trennschichten iß der Tatsache, daß aas Anhaften des Sulfid-Trennmittels nicht selektiv bezüglich
entweder des Substrates oder des dünnen Metalls ist, und somit führt die Abtrennung der Trennschicht zu
einer überzogenen Oberfläche, die vor den sich anschließenden Verfahrensschritten gesäubert werden
muß. Die Arbeitsparameter für ein typisches Sulfid-Eintauchbad sind in der nachfolgenden Tabelle I angegeben.
Tabelle I
Wäßriges Sulfid-Eintauchbad
Wäßriges Sulfid-Eintauchbad
| Arbeitsbereich | Bevorzugt | |
| Arbeitsbereich | 0,35-50 g/i 20-120'C 3s-3min |
610g/m2(60f/m) elektrolytische Cu-Folie |
| Kathode 305-1525g/m2 Cu-Folie Wäßrige Bad-Zusammensetzung |
Bevorzugt | |
| lg/1 2OC 30 s |
||
| Natriumsulfid Badtemperatur Eintauchdauer |
Die obigen Arbeitsparameter des Eintauchbades, der Zusammensetzung, der Temperatur und der Eintauchdauer
können innerhalb breiter Bereich abgeändert
werdea So kann z.B. ein Sulfid-Oberzug einer
gegebenen Dicke erhalten werden entweder durch kurzzeitiges Eintauchen in ein Bad hoher Konzentration
oder durch langzeitiges Eintauchen in ein Bad mit niedrigerer Konzentration.
Die Chromat-Trennschichten können elektrolytisch in wäßrigen Elektrolyten ausgebildet werden, die
sechswertige Chromionen enthalten, oder durch einfaches Eintauchen in ähnliche Lösungen. Geeignete
elektrolytische Lösungen können durch Auflösen von Chromsalzen wie Chromtrioxid, Kaliumdichromat,
Natriumdichromat, Ammoniumdichromat und Kali' umchromat in Wasser ausgebildet werden. Die allgemein
in Anwendung kommende Verbindung ist das Chromtrioxid. Zusatzmittel wie Schwefelsäure oder
Nitrate oder Acetate können wahlweise dem Elektrolyten zugesetzt werden. Die Arbeitsparameter für ein
typisches wäßriges Chromat-Bad sind in der folgenden Tabelle 11 angegeben.
μ Tabelle II
Bevorzugt
Kathode
3C5-l525g/mJ
Cu-Folie
Cu-Folie
6IOg/nV(6O;/m) elektrolytisthc
Chromsäure, g/I
(berechnet als
CrO3)
(berechnet als
CrO3)
Elektrolyt-Temperatur
Kathoden-Stromdichte,
A/dm2
A/dm2
Eintauchdauer
Anode
Anode
3-50
10
20 C - Sieden 60'C
0,3-5,0
5s-5min
Pb-Platte
Pb-Platte
2,5
30 s
Pb/Sb-Legierung
Pb/Sb-Legierung
30
35
Die in der oben beschriebenen Weise hergestellten Chromattrennschichten sind weniger als die metallischen
Trennschichten bevorzugt, und zwar ,iafgrund der
Schwierigkeit bezüglich des Ausbildern eines Chromatüberzugs, der für die Kupferplattierung ausreichend
empfänglich ist, um die Bildung ultra-dOnner Folien zu
ermöglichen und zu der angestrebten Abtrennung führt. Sehr dünne Chromatschichten können es schwierig
machen eine Trennung der uitradünnen Schicht ohne Einreißen zu bewerkstelligen. Andererseits gilt, daß je
dicker der Chromatüberzug, um so weniger empfänglich ist derselbe für die Kupferplattierung.
Trennschichten aus Chrom, Blei, Silber und Nickel sind bevorzugt, weil dieselben gegenüber einem Abrieb
durch die die Folie handhabende Vorrichtung widerstandsfähiger sind und stellen sehr empfängliche
Plattierungs-Oberflächen dar, selbst wenn ein Plattieren ■ auf den Träger oder Oberzüge extremer Dünne erfolgt,
z. B. in der Größenordnung von 0,2 μιη.
Nickel, Silber und Blei sind zufriedenstellend widerstandsfähig gegenüber dem Angriff durch die Schwefelsäure
und die Kupferplattierungsbäder. Chrom widersteht ebenfalls dem Angriff durch saure Elektrolyte, da
sich dasselbe selbst passiviert durch Ausbildung eines winzigen Überzugs von nichtlöslichem Chromoxid auf
dessen Oberfläche.
Chrom ist das bevorzugte Material für die Trenn* schicht, da sich dasselbe sauber von dem Kupfer trennt
und eine nicht verunreinigte Kupferoberfläche zurückbleibt, so wie nur eine geringe Menge oder kein
hilfsweises Trennmitte! erforderlich macht Chrom zeigt ein v&llständig selektives Anhaften an einem Kupfersubstrat,
da elektrolytisch auf Kupfer abgeschiedenes Chrom eine wesentlich festere Bindung bildet als dies
der Fall bei elektrolytisch auf Chrom abgeschiedenem Kupfer ist
Die Chromtrennschicht führt zu einem zufriedenstellenden Abtrennen von der dünnen Kupferfolie selbst bei
Aufbringen auf die Metalltragschicht als ein Überzug mit einer Dicke von weniger als 1 μιη. Dickere
Überzüge aus Chrom sind ebenfalls zufriedenstellend, jedoch weniger wirtschaftlich und bedingen ein
Hindernis für die erneute Verwendung von Abfall in dem sauren Kupfer-Piattierungsbad.
Der dünne Überzug aus Chrom kann entweder auf die glänzende oder die matte Oberfläche des elektrolytisch
niedergeschlagenen Kupferträgers aufgebracht werden.
Die ArbeitsparameVr für ein typisches Chrom-Plattierungsbad
sind in der folgenden Tabelle III angegeben.
| Arbeitsbereich | Arbeitsbereich | Bevorzugt | |
| Kathode | 305-1525 g/m2 | 150-400 | 610g/m2(60|zm) |
| Cu-Folie | elektrolytische | ||
| Cu-Folie | |||
| Wäßriger Elektrolyt | 1,5-4,0 | ||
| 20-60 C | Bevorzugt | ||
| Chromsäure, g/l | 350 | ||
| (berechnet als | 10-40 | ||
| CrO3) | |||
| H2SO4, g/l | 35,5 | ||
| Elektrolyt- | 15s-3min | 27 C | |
| Temperaeur | Pb | ||
| Kathoden- | 12,5 | ||
| stromdichte, | |||
| A/dm2 | |||
| Eintauchdauer | 30 s | ||
| Anod·· | Pb/Sb-Legierung |
Ein gegebenenfalls hei der Plattierung von Kupfer auf
eine Chrom-Oberfläche in Abhängigkeit von den Bad-Bedingungen usw. auftretendes Problem besteht
darin, daß die Chrom-Oberfläche in einem derartigen Ausmaß oxidiert werden kann, daß die einheitliche
Plattierung einer ultradünnen Kupferschicht auf dieselbe schwierig wird. Der aus Chromoxid bestehende
Oberflächenüberzug, der das Chrom mit einem zufriedenstellenden Widerstand gegenüber dem sauren
Elektrolyten versieht, kann ebenfalls den Plattierungs-Prozeß behindern. Somit kann die Oberfläche des
Chroms wahlweise gesäubert und gegen eine Oxidation vermittels einer Passivierung stabilisiert werden.
Die Arbeitsparameter für eine unter Anwendung von Phosphorsäure durchgeführte Passivierung in einem
Bad sind in der folgenden Tabelle IV angegeben. Das Potential zwischen der Folie und der Anode wird so
einreguliert, daß sich eine sichtbare Wasserstoff-Entwicklung an der Chrom-Oberfläche ergibt
Arbeitsbereich Bevorzugt
Kathode chromplattierte Cu-Folie
Kathode chromplattierte Cu-Folie
HjPO4, g/l 1-20
Folie - negatives 2-2OV
Potential relativ
zur Anode
Potential relativ
zur Anode
Eintauchdauer 5s-3min
Anode Pb
Anode Pb
5
27"C
27"C
7V
30 s
Pb/Sb-Legierung
Pb/Sb-Legierung
Die mit Chrom plattierte Trägerfolie wird mit Wasser gewaschen und sodann kathodisch gemacht und durch
ein Kupfer-Platlierungsbad hindurchgeführt, wobei die
Chromseite mit einer Kupferschicht plattiert wird, die eine Dicke von 2 bis 12 μπι aufweist.
Die sauren Kupfer-Elektrolyten enthalten 40 bis 110 g/l metallisches Kupfer, 40 bis 130 g/l Schwefelsäure
und wahlweise eine geringe Menge eines kornverfeinernden Mittels, wie Knochenleim. Höhere Kupferkonzentrationen
erfordern höhere Bad-Temperaturen. Die Arbeitsparameter für ein saures Kupfer-Plattierungsbad
sind in der folgenden Tabelle V zusammengefaßt.
| Tabelle V | Arbeitsbereich | Bevorzugt |
| Kupfer-Plattierungsbad | 40-110 | 100 |
| Cu (berechnet als me | 40-130 | 70 |
| tallisches Kupfer), g/l | 0-10 | 4 |
| H2SO4, g/l | 20-70 C | 60 C |
| Knochenleim, mg/1 | 5-30 | 12,5 |
| Temperatur | ||
| Kathoden-Stromdichte, | 40-25Os | 105 s |
| A/dnr | Pb | Pb/Sb |
| Eintauchdauer | ||
| Anode | ||
2(1
25
SO
Die Kupfer-Oberfläche der Verbund-Folie kann elektrolytisch behandelt werden, um so deren Anhaften
an verschiedenen Laminierungsmaterialien zu verbessern, wie sie üblicherweise zur Herstellung von
gedruckten Schaltkreisplatten angewandt werden.
Der Erfmdungsgegenstand wird weiterhin anhand des folgenden Ausführungsbeispiels erläutert.
Es wird eine elektrolytisch hergestellte Kupferfolie mit einer Dicke von etwa 60 μπι nacheinander
serpentinenartig durch vier elektroiytische Behandlungsbäder geführt. Das erste Bad ist ein Chrom-PlattierürigScoü
rfiit dnici UICi-AtIiUIi](JiI Fiaiicualiuuc ullii
einem wäßrigen Elektrolyten, der etwa 350 g/l Chromsäure und etwa 3,5 g/l Schwefelsäure enthält und bei
einer Temperatur von etwa 27°C gehalten wird. Die Geschwindigkeit der Folie bei dem Hindurchbewegen
durch das Chrom-Plattierungsbad wird so einreguliert,
daß die Behandlungsdauer für jede Flächeneinheit der Folie sich auf angenähert 30 Sekunden beläuft. Bei der
Hindurchführung durch das Bad wird die Kupferfolie einer Kathodenstromdichte von etwa 12,5 A/dm2
ausgesetzt. Diese Behandlung führt zu dem Abscheiden einer Chromschicht mit einer Dicke von etwa 0,2 μπι.
Nach Verlassen des Chrom-Plattierungsbades wird die Folie durch eine Waschstation geführt, wo dieselbe
mit Wasser besprüht wird zwecks Entfernen jeglichen anhaftenden Elektrolyten und wird sodann serpentinenartig
durch ein zweites elektrolytisches Bad geführt, das, wahlweise, eine wäßrige Lösung von Phosphorsäure
enthält und Blei/Aniimonplatten als Anoden aufweist.
Die Konzentration der Phosphorsäure beläuft sich auf etwa 5 g/l und die Temperatur des Elektrolyten beläuft
sich auf etwa 27°C. Es wird ein negatives Potential von etwa 7 V relativ zu der Bleianode angelegt, und die
Eintauchdauer in den Elektrolyten beträgt etwa 30 Sekunden pro Flächeneinheit der Folie.
Nach dem Heraustritt aus dem Phosphorsäurebad oder Passivierungsbad wird die Folie wiederum
gewaschen und sodann durch ein saures Kupfer-Plattierungsbad geführt. Der wäßrige Elektrolyt des Kupfer-Plattierungsbades
enthält etwa 100 g/l metallisches Kupfer, etwa 70 g/l Schwefelsäure und etwa 4 mg/1
Knochenleim und wird bei einer Temperatur von etwa 60°C gehalten. Die Folie wird wiederum einer
kathodischen Stromdichte von etwa 12,5 A/dm2 ausgesetzt
Eine Behandlungszeit von 105 Sekunden pro Flächeneinheit der Folie führt zu dem Aufbringen einer
ultradünnen Kupferschicht mit einer Dicke von etwa 5 μπι.
Die vierte elektrolytische Behandlung ist die wahlweise Behandlung, bei der dendritisches Kupfer auf die
dünne Kupferoberfläche der Folie aufgebracht wird, um so das Anhaften und die Bindung an den Substratmaterialien
zu verbessern. Gegebenenfalls kann die Folie vermittels eines herkömmlichen Verfahrens nach
Ausführen dieser Behandlung oxidationsfest gemacht
wciucii.
Die Weiterverarbeitung in eine Schaltkreisplatte erfolgt in üblicher Weise.
030267/158
Claims (9)
1. Verbundfolie aus einem Metallträger und einer nicht selbsttragenden, auf galvanischem Wege
erzeugten Kupferfolie einer Dicke von 2—12μΓη,
dadurch gekennzeichnet, daß der Metallträger eine auf galvanischem Wege erzeugte
Trägerfoüe aus Kupfer ist und zwischen Trägerfolie und nicht selbsttragender Kupferfolie eine Trennschicht
angeordnet ist.
2. Verbundfolie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennschicht aus Sulfiden,
Chromaten oder Oxiden besteht
3. Verbundfolie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennschicht aus Chrom,
Blei, Nickel oder Silber besieht
4. Verbundfolie nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die trennschicht aus depassiviertem
Chrom besteht
5. Verwendung der Verbundfolie nach den vorangehenden Ansprüchen, zum Herstellen von
Schichtkörpern, die in gedruckte Schaltkreise überführt werden können.
6. Verfahren zum Herstellen der Verbundfolie nach den Ansprüchen 1 bis 4, durch galvanische
Abscheidung einer Kupferfolie von 2—12 μτη Dicke
auf einem Metallträger, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerfolie aus Kupfer auf galvanischem
Wege erzeugt und darauf eine Trennschicht aufgebracht wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Aufbringen der Trennschicht
galvanisch oder chemisch vorgenommen wird.
S. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,
daß die Trägerfolie zusammen mit der Trennschicht aus Chromaten in einer wäßrigen
sauren Lösung unter kathodischer Schaltung, wobei sich an ihrer Oberfläche Wasserstoff entwickelt,
depassiviert wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß als wäßrige saure Lösung eine
Phosphorsäurelösung angewandt wird.
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