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是德科技 高频芯片技术中心 (HFTC)

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是德科技高频芯片技术中心 (HFTC)

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序言

是德科技高频芯片技术中心 (HFTC) 位于美国加利福尼亚州圣罗莎市,主要负责研发、生产、封测世界

领先的定制集成电路,是确保是德科技能够为客户提供最尖端测量解决方案的基础。高频芯片技术中心

集合了先进的复合半导体工艺产线 (1.3 万平方英尺 ,class-100净化级) 以及全球高端设计、建模、测量

和精密加工专家,能够快速创新并提供全球顶尖的高频芯片技术,为卓越的测量产品开发提供基础。

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核心技术

HFTC拥有的的半导体技术:

– 锑砷化镓/磷化铟 DHBT (发射极沟道宽度1 μm, 截止频率

200 GHz), 用于仪器前端的通用数字、模拟及信号处理前端

芯片

– 磷化铟镓/砷化镓 HBT (发射极沟道宽度2 μm, 截止频率

70 GHz), 用于通用数字、模拟芯片

– 固态开关 (超快速切换), 50 GHz 开关及衰减器

– 砷化镓结及肖特基二极管工艺 (基于磷化铟镓/砷化镓 HBT 平

台), 用于信号处理、混频器、倍频器和开关

– 砷化镓/砷化铟镓/砷化铝镓 pHEMT (i-line 及电子束光刻, 栅

极长度 250 nm~120 nm, 截止频率 60~90 GHz), 用于毫米波

低噪放、功放及开关

– 砷化镓 FET (i-line 光刻, 栅极长度 350 nm、截止频率30 GHz),

用于微波功率放大器和开关。

– 砷化镓热电偶器件 (湿法刻蚀), 功率计的功率传感器。

– 下一代新兴工艺的开发。

所有以上工艺都可实现无源电路元器件 (高、低值薄膜电阻、金

属绝缘体-金属电容)、过孔及多级互连。

技术资源

除了内部材料生长和使用,高频芯片技术中心也会经常应用商

业供应商的创新半导体材料。许多此类材料属于技术中心与战

略供应商的合作开发成果。

高频芯片技术中心还会应用晶圆代工厂的技术,以增强是德科

技仪器的竞争力,同时补充内部能力。这些技术包括氮化镓、

极高性能 pHEMTs、MEMS 开关和先进互连等。

图 2. 三级金属互连的 InP HBT 集成电路

图 1. 120 nm 栅极长度 PHEMT 截面

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材料生长

是德科技仪器出色的性能源于应用 III-V 族半导体材料构建的高速/高频集成电路,这是高频芯片技术中心的核心能力。

分子束外延

分子束外延 (MBE) 可以提供精密的先进 III-V 半导体生长方法。

周期表 III 族 (镓、铟和铝) 和 V 族 (砷、锑) 元素可以化合生成:

砷化镓 (GaAs)、砷化铝 (AlAs)、砷化铟镓 (InGaAs)、砷铟铝镓

(InAlGaAs) 和锑砷化镓 (GaAsSb) 半导体。上述 III-V 化合半导体

中,载流子速度可能较高,设计能带隙可以优化载流子导带和

载流子禁带。

MBE 生长需要超高真空 (10-10 托) 环境,以确保纯净分子束传播

不会受到干扰。加热元素分子可以生成分子束,然后在加热砷

化镓或磷化铟基板上积淀。

外延或结晶生长需要 450~600 °C 的基板温度,生长速度约

2.8 Å/s。独立快门可以控制分子束,能够生成单原子层晶体。

使用硅、铍或碳等掺杂剂可以生成 p 型或 n 型半导体特性。技

术中心的分子束外延功能包括:

– 一台多晶圆 Veeco Gen200 (砷)

– 一台多晶圆 Veeco Gen200 (砷、锑), 支持原位氢等离子体表

面处理功能

材料表征工具

高频芯片技术中心配备丰富的表征工具以支持材料生长:

– Rigaku SmartLab X 射线衍射、反射

– Nanometrics RPM-blue 生产光致发光

– 超高灵敏度研发光致发光和光调制反射

– Lehighton 非接触式电导制图

– 77 K 和 300 K 霍尔测量

– 表面探测表征

– 相差光学显微镜

图 3. 多晶圆 Gen 200 分子束外延系统

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光刻

光刻包括基于尼康步进光刻机的投影光

刻、接触式光刻和电子束光刻。除了上

述曝光工具,光刻工艺包括光刻胶炉、

涂胶/显影跟踪与计量工具。综合的工

具支持移除和刻蚀掩膜工艺,适合平面

和非平面表面,支持 500 nm 至 30 μm 的

抗蚀剂厚度和 120 nm 至 100 μm 的临界

尺寸 (CD)。详细功能如下:

– Nikon NSR-2205i12D i-line (365 nm)

步进光刻机和 TEL Mark Vz 晶圆光

刻胶处理跟踪

– 350 nm 分辨率

–– ≤ 65 nm <x>–+ 3σ 对迭

– 移除和刻蚀掩膜工艺

– JEOL JBX-6000FS 电子束系统

– 波束直径 5 至 100 nm, 50 KV

–– ≤ 60 nm <x>–+ 2σ 对迭

– 120 nm pHEMT 栅极移除

– 每次自动加载多达 12 个晶圆盒

– EVG620 自动双面掩膜对准系统和

C&D P9000 晶圆抗蚀剂涂胶和显影

跟踪

– 背面通孔、背面划线和芯片 ID

处理

– 背面显微镜对准、红外直通晶圆

校准和标准上部校准功能

– 高达 30 μm 背面通孔刻蚀掩膜抗

蚀剂厚度, 可选涂层掩膜。接触

模式为 1 μm CD

图 4. 120 nm 栅极长度 PHEMT 截面

图 5. 700 nm JSR965/PMGI 双层光刻

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干法刻蚀

干法刻蚀功能支持广泛的工具和工艺。

使用光刻胶、金属和电介质掩膜,刻

蚀 CD 范围为 120 nm 至 60 μm,刻蚀深

度范围 50 nm 至 100 μm。刻蚀材料包括

但不限于: GaAs、InP、InGaP、InAlAs、

GaAs- Sb、SiO2、Si3N4、BCB、

W 和 Ti/Pt/Au。详细功能描述如下:

– 双 SPTS 高密度等离子 (HDP) 刻蚀器

– 静电卡盘可以实现精确温度控制

– 高温刻蚀功能

– 激光端点提供精确的刻蚀终止以

及低曝光

– 三台 SPTS Omega 通用 RIE 刻蚀器

– 单台 SPTS Omega RIE 刻蚀器, 用于

提供深入的砷化镓刻蚀, 例如使用

机械夹股夹盘刻蚀背面通孔

– 两个 Oxford PlasmaLab100 群组工

具, 配有多个刻蚀室, 支持高温运行,

以及光发射和激光端点功能

– 一个 IPE RIE 刻蚀工具, 支持手动加

载, 能够适应异形基板

– VEECO 离子减薄系统可以分别提

供 3 μm 和 1.5 μm 线束以及 2 μm 间

隔和 1 μm 厚金喷镀

图 6. HDP 刻蚀磷化铟 86 μm 深背面通孔

图 7. Oxford PlasmaLab 100 刻蚀器

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淀积

淀积工艺可以通过溅射淀积、电子束

蒸镀、丝热蒸镀、等离子体增强化学

气相淀积 (PECVD)、旋涂涂层和电镀

等工艺支持薄膜应用,覆盖厚度 1 至

7 μm 的高导金属、电阻薄膜以及绝

缘、平坦化和绝缘化介质。

– CVC 和三个 TES 溅射淀积系统, 配

有原位离子源

– 淀积 Ti、Au、Ta2N、WSiNx、

W 和 TiW

– CHA 电子束蒸镀器 , 配有原位离

子减薄仪, 可以淀积 Ti、Pt、Au、

Ni、Ge 或 Au/Ge

– 一台 Temescal BJD1800 电子束蒸

镀器, 用于 Ti、Pt 和 Au 淀积

– 三台 Temescal 长冲程电子束蒸镀器,

其中两台配有原位离子减薄仪, 用

于 Ti、Pt、Au、Ni、Ge 和 Mo 淀积

– 三个 SPTS Delta PECVD 系统

– 负载锁定、盒间操作

– 50 至 10,000 埃 SiNx 和 SiOx 膜

– 厚度均匀性 < 5%

– 淀积前等离子体表面整理

– American Plating Systems 镀金设备

– 氰化物镀金解决方案

– 脉冲电镀, 确保背面通孔获得良

好的同形覆盖

– 选择性背面电镀

– C&D P9000 群组系统与 Solitec 820

系列可以跟踪层间介质, 并且能够

借助热板烘焙机和温控气炉予以

加固

– HD Microsystems polyimide 1 至

2 μm 厚

– Dow Cyclotene (BCB) 2 至 7 μm 厚

图 8. CVC 溅射淀积系统

图 9. Temescal FCE-2800

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湿法刻蚀与移除

湿法刻蚀与移除工艺能够刻蚀半导体、金属和介质,或者分解

有机移除结构。

– 四个通用塑料湿法刻蚀台

– 自动在反应槽之间传输晶圆盒

– 温度、循环和搅动控制

– 快速溶解和喷雾清洗功能

– 两个 Electroglas 晶圆探测台, 用于栅极凹处电流指向

– SSEC WaferEtch 系统, 提供晶圆盒到盒喷射刻蚀功能

– SPEC 自动溶解移除工具

– 计算机控制盒间操作

– 温度控制、再循环/过滤、搅动控制、超声波换能器

– 五个工艺槽和一个旋干机

– MCE Leonardo 200LO 晶圆盒提升工具, 用于盒间干燥移除

处理

– Eco-Snow WaferClean 1600 金属移除和表面清洁

– Microprocess Technologies 和 Semitool 湿法去胶机

图 11. MCE 200LO 晶圆盒提升工具

晶圆薄化

背面处理前,晶圆需要经过表面平滑处理,研磨 GaAs 或 InP 至

50 或 100 μm。

– 两台 Engis FL15 研磨机

– Lapmaster 和 Strasbaugh 抛光机

– Digimatic 测微计和精密激光测量, 以控制厚度

图 10. 自动提升工具

图 12. Engis FL15 研磨机

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表征工具

晶圆和晶片加工需要借助广泛的表征工具以监测和诊断流程,

应用分析 SEM、计量 SEM 和 IVS-120 等计量工具检测低至

100 nm 的临界尺寸。此外,我们还需要使用 AFM、光学薄膜

厚度测量、表面光度仪、非接触式导电率计、接触式角测试系

统、表面颗粒检测、俄歇分析以及能谱仪 (EDX) 等工具。

– Auriga Crossbeam 和 LEO 1550 分析 SEM

– ~5 nm 的高分辨率 SEM 图像

– EDX 基础表征

– FIB 和 STEM 功能提供极高分辨率的截面测量, 自动创建多

截面图。

– Hitachi S6100 和 S6200H 低压线宽计量 SEM

– 半自动运行和线宽分析, 用于数十 μm 至低于 100 nm 的临

界尺寸测量

– 75 和 100 mm 晶圆盒间操作, 小尺寸晶圆可以手动操作

– Keysight 5600LS 扫描探针显微镜

– 提供埃分辨率的样本表面高度和横向尺寸

– 功能包括: 原子力显微镜 (AFM)、扫描隧道显微镜、电流

感应 AFM、侧向力显微镜、静电力显微镜、开尔文力显

微镜、高温卡盘

– Rudolph S-200 和 SCI FilmTek 2000 光谱光学薄膜厚度测量

工具

– 埃至数十 μm 的透明膜厚度, 和数百埃的半导体膜

– 反射计和多波长椭偏光谱仪

– 自动盒间操作, 可以识别图形并实现过程中测量

– IVS-120 光学线宽和对迭计量工具

– 对迭测量以实现纳米级步进重复光刻控制

– Μm 级光学线宽测量

– 自动图形识别与盒间操作

– 其他工具

– Phi 660 俄歇电子光谱系统提供表面元素组成映射和深度

分析

– 4 点探头提供金属薄片电阻测量

– 非接触式半导体和金属薄片电阻导电测量

– Tencor 表面光度仪, 用于 10 nm 以上至数百 μm 的膜厚度

和刻蚀步进高度表征

– 接触角测量工具, 用于测量材料表面能量、清洁度和湿度

轻敲模式 AFM

HB2A 发射机金属周围的隔离区域

电流感应 AFM

图 13. Zeiss Auriga FIB 系统

图 14. 2x2 μm2 HBT AFM 图显示植入隔离区域

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晶片加工

完成薄化和背面处理后,晶圆传输至

晶片加工厂,并执行晶圆上测试,然

后分割为独立芯片 (sin-gulation),锯

切作为生产模版,激光切割作为原型

模版。功能包括标记不合格晶片、晶

片分类和视觉检测。

– August Technology NSX-90 自动视

觉系统

– 500 nm 或以上缺陷智能筛选

– 10,000 晶片/时检测速率

– K&S 982 钻石切割, 60 μm 切口

– 3D Micromac 激光精密加工系统,

配有 Lumera Hyper Rapid 25 ps 激

光源

– Quantronix 型号 116 Nd: YAG 激光

系统

– 任意正交线路, 40 μm 半导体切口

– 氧化铝、蓝宝石和其他材料任意

激光成形加工

– Laurier 3000 和 DS4000 自动分类

系统

– Royce Instruments DE35 手动分类

系统

– 超声波玻璃和陶瓷钻孔 (254 μm)

表面安装封装

高频芯片技术中心的大多数 IC 采用经

济型表面安装封装,兼容行业标准印刷

电路板组装。表面安装封装特性包括:

– 小尺寸、无引线、塑料模压元器件,

支持多达 40 个 I/O 和超过 26 GHz 的

性能, 提供不同的价位选择

– IC/封装设计并存, 可以加快上市

速度

– RoHS 一致性和兼容性

– 内部电气测试使用是德科技测量设

备, 可以确保产品质量

– 全面的环境条件和采样检测, 确保

始终如一的可靠性

– 提供 S 参数数据、参考设计和评测

电路板

图 15. 3DMicromac 晶圆筛选激光系统

图 16. 激光筛选后的 IC 芯片

图 17. QFN 封装

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电气测试与测量

高频芯片技术中心提供全面的电气测试,覆盖所有交付客户的

半导体产品,可以确保总体质量。技术中心提供完善的专家经

验和功能: 定制硬件与软件和专有测量算法进一步丰富是德科技

测试与测量设备功能。制造流程的三个阶段需要执行电气测试:

制程中晶圆测试、产品测试和可靠性监测。

晶圆测试

高频芯片技术中心在制程的多个阶段测试工艺控制监测器

(PCM),以监测所有晶圆的质量。测试数据可以支持所有单元制

程实现稳定的统计流程控制 (SPC),能够优化晶圆验收过程。符

合严格验收的条件的晶圆将执行进一步处理,不合格晶圆将接

受故障模式分析。技术中心洁净度 100 的工厂配置 4 套 PCM 测

试平台,提供以下功能:

– 参数化直流 I-V 和 C-V 表征

– 高分辨率

– 150 °C 最高环境温度

– 多晶圆盒加载自动探头

– 射频网络和频谱分析, 高达 50 GHz

– 自动模型参数提取

– 同时物理和数学参考面

产品测试

根据技术资料的技术指标完整测试制成品的电气参数 (100% 合

格晶片) 可以确保是德科技内部半导体供应链的完整性。技术中

心使用 7 个测试平台构建了 18 类静电放电安全测试站,提供以

下功能和特性:

– 灵活的晶圆上探测配置

– 单或多晶圆盒加载自动探头

– 四探头和探针卡功能

– 灵活的直流偏置配置-多达 48 个标准连接

– 可变射频输入和输出 (I/O) 配置, 多达 4 个单或双射频探头,

支持多信号和接地标准配置

– 100 μm 最小直流和射频焊盘间距

– 晶圆上参数化直流 I-V 和 C-V 表征

– 模拟和微波元器件晶圆上频域表征

– 110 GHz 网络分析

– 高达 50 GHz 的矢量校正频率保护频谱分析

– 高达 75 GHz 标量校正频率转换多音频频谱分析

– 100 MHz 低频噪声表征

图 18. 自动晶圆上 MMIC 测试站

图 19. 射频和直流晶圆上探头

– 数字和混合信号元器件晶圆上时域表征

– 高达 32 Gb/s 脉冲或码型激励

– 电平或码型触发

– 波形捕获和分析

– 封装产品或多芯片模块 (MCM) 质量验证

– 自动封装机械手

– 多种塑料与陶瓷封装和 MCM 类型, 包括行业标准 QFN

– 标准导线弹簧封装测试夹具接口

– 高达 20 GHz 焊线连续性测试

– 盒、卷和托盘装运方式

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可靠性监测

同提供业界领先仪器级质量的一贯承诺相同,高频芯片技术中

心通过加速生命周期测试验证晶圆产品的所有晶片,以监测半

导体工艺的长期可靠性。我们提供以下功能:

– 高温使用寿命测试 (HTOL)

– 高达 260 °C 的晶片高温压力测试

– 机箱互连电迁移

– 数据用于预测仪器级应用中 IC 的生命周期

– 中型集成 (MSI) 阵列

– 确定晶体管和/或互连早期故障

– 每个晶圆通常需要超过 12,000 晶体管测试

– 射频使用寿命 (RFOL)

– 仿真实际使用环境 (功率和频率)

– 记录输出功率随时间的偏移

– 高压阵列 (HVA)

– 筛选可能存在高压运行问题的晶圆

– 每个晶圆通常需要 1,600 晶体管测试

– 电容器时间介质击穿 (TDDB)

– 生命周期相关电压斜率和击穿

– 晶圆工厂测试提供便捷的反馈

图 20. 可靠性实验室

测试管理系统

测试管理系统应用基于 Windows 的灵活 .NET 测试软件平台,支

持方便的扩展和定制,能够满足晶圆测试、产品测试和封装产

品测试与可靠性测试需求,提供以下主要特性:

– 工程师可以在运行时和设计时环境快速开发电气测试

– 先进的调试支持方便的代码发现和验证

– 支持不同的测试流程中心重用专有驱动程序和测量算法

– 测试代码可以用于广泛的原型和产品测试, 能够最大限度地

减少代码维护和支持

– 内置版本控制系统和标记版本分派服务

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技术数据管理

完善的制造执行系统包括电气测试平台在内,支持高频芯片技

术中心的制造与工程任务。数据基础设施存储单元工艺流程、

晶圆移动路线、操作人员评论、晶圆验收记录和 PCM 与产品测

试数据。此外,数据采集、处理和交付系统可以为工程师与管

理人员提供适当简化的统计流程和产品数据。综合应用这些系

统可以提供全面的功能,帮助管理技术数据:

– 集成制造执行系统 (MES)

– 引导从开始到结束的完整制造流程: 从晶圆设计到产品

装运

– 支持使用通用工具分组定制多步晶圆工艺

– 灵活的数据基础设施

– 所有产品通用数据库

– 分级定义数据-多个被测器件系列的原始或统计数据和技

术指标限制, 分别包含多个被测器件类型和工艺步骤

– 全套统计分析工具

– 自动统计报告-晶圆验收、参数良率、箱形图趋势, 等等

– 统计过程控制 (SPC) 分析工具

– 定制图形用户界面和绘图脚本的通用统计引擎

– 多数据集关联, 例如 PCM 数据与产品数据

并且,高频芯片技术中心通过经验丰富的硬件与软件工程团队

管理测试和数据功能,致力于平衡性能、灵活性和成本,构建

最佳的客户解决方案。

图 21. 工程测试实验室

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建模与测量科学

尖端 IC 设计流程需要精确的器件测量、表征和模型提取功能,包括简单的单连接和复

杂的 MMIC。精确测量与建模可以通过最少的迭代次数 (通常为 1 到 3 次) 确保新设计获

得需要的性能,帮助加快产品上市速度并减少成本高昂的晶圆周期。

测量

创建未来器件的精确模型需要超出当前测试设备极限的测量。高频芯片技术中心的测量

设备包括领先的工程测试实验室,其中应用了丰富的通用和定制测试台,能够增强研发

测试功能,缩减设置时间,并加快测试速度,全面满足 MMIC 设计人员、封装和模块开

发人员以及产品支持工程师的需求。高频芯片技术中心测试实验室的测试功能包括:

– 高达 110 GHz 的矢量校正频率保护频谱分析

– 高达 170 GHz 的晶圆上标量频谱分析

– 高达 52 Gb/s 数据速率的时域表征

– 高达 50 GHz 且低于微秒的脉冲 S 参数测量

– 线性与非线性矢量网络分析, 以提取 DynaFET、X 参数、FET 和 HBT 模型

– 大功率 ACPR、TOI 和 power strife 定制硬件设置

– 多个多端口晶圆上探测台, 支持定制 50、67 和 110 GHz 校准

– 同轴和晶圆上 LFO 与相位噪声表征功能

– 50 GHz 非线性有源和无源负载牵引功能

– 器件与封装静电放电与过压压力表征

– 微波与毫米波 RFOL 压力测试站

– MMIC 与器件自动探测器, 支持广泛的温度控制

全面的参数测量 (偏置、频率、功率、尺寸和温度) 是构建精准模型的基础,能够确保在

生产过程中再现标准性能变化。

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建模

模型是测量数据的具现,可以仿真实体产品的基本机制:

– 等效电路 (精简模型)

– 特性 (等效模型)

– S 参数和 X 参数

重新定义模型可以匹配器件在不同条件下的性能,并集成到是德科技 EDA CAD 工具中。

测量和建模技术是精确计算机辅助设计工具的核心,能够在大信号、小信号和脉冲条件

下以及非 50 欧姆应用提供无与伦比的精度。

高频芯片技术中心主导的建模技术开发不仅有利于是德科技本身,而且树立了多项行业

标准。2009 年,高频芯片技术中心开发了 X 参数-S 参数的数学超集。与 S 参数类似,

X 参数支持可扩展和可级联的微波元器件测量与建模;与 S 参数不同,X 参数包括非线

性、多音频和非 Z0 阻抗负载条件,支持此前难以实现的器件特征建模与测量。

外销 IC

高频芯片技术中心为是德科技提供世界领先的集成电路,同时对外销售广泛的 IC,包

括裸晶片和封装 IC。技术中心提供宽频和高线性度的元器件,包括:

– 高线性度混频器

– 大功率/高保真度放大器

– 高 TOI 衰减器

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是德科技客户服务热线热线电话: 800-810-0189、400-810-0189热线传真: 800-820-2816、400-820-3863电子邮件: [email protected]

是德科技 (中国) 有限公司北京市朝阳区望京北路 3 号是德科技大厦电话: 86 010 64396888传真: 86 010 64390156邮编: 100102

是德科技 (成都) 有限公司成都市高新区南部园区天府四街 116 号 电话: 86 28 83108888传真: 86 28 85330931邮编: 610041

是德科技香港 有限公司香港北角电器道 169 号康宏汇 25 楼电话: 852 31977777传真: 852 25069233

上海分公司上海市虹口区四川北路 1350 号利通广场 19 楼 电话: 86 21 26102888 传真: 86 21 26102688邮编: 200080

深圳分公司深圳市福田区福华一路 6 号免税商务大厦裙楼东 3 层 3B-8 单元电话: 86 755 83079588传真: 86 755 82763181邮编: 518048

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