CN101100017A - 应用超音波焊接的平板式热管制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明是有关于一种应用超音波焊接的平板式热管制造方法，该制造方法包括以下步骤：(A)将毛细结构体的其中一表面以超音波焊接于上平板及形状对应上平板的下平板中的一者上，及使上平板与下平板相互叠合且毛细结构体位于平板间；以及(B)封合平板，以密封毛细结构体于平板内，借由超音波焊接法，使毛细结构体接合于上、下平板的其中一者，可有效地提升上述构件的接合强度与紧密度，有效降低热阻以提升散热效能，并大幅缩短了接合制程所耗费的时间。

Description

应用超音波焊接的平板式热管制造方法

技术领域

本发明涉及一种平板式热管的制造方法，特别是涉及一种应用超音波焊接的平板式热管制造方法。

背景技术

由于中央处理器(CPU)等集成电路元件的整合密度不断提升，其发热密度也不断提升，若无法有效地加以散热，将影响元件的工作效能。

在可携式电子装置日益轻薄短小的趋势下，其所面临的散热问题日益严重，一般散热装置逐渐面临散热效果难以再提升的瓶颈。

因此，平板式热管的出现，适时地可作为可携式电子装置的一种良好的散热装置。

平板式热管的运作原理大致上相同于一般热管，其不同之处在于一般热管由于外型限制，只能以一维方向进行热量传递，而平板式热管则可设计为二维方式来传递热量，又平板式热管可以做得较薄，外型也不用如一般热管那样有所局限，因此可大大提高散热元件的设计弹性与应用性。

请参阅图1与图2所示，图1是一般现有的平板式热管1的一分解立体图，图2是一般现有的平板式热管1的一局部侧视剖面图。一般现有的平板式热管1，利用涵盖面积较大的二平板11之间夹设二毛细结构体12，并在二毛细结构体12之间夹设有一支撑体13。

其中，由于上述构件在高温环境下所产生的热膨胀效应容易导致各构件产生变形而产生间隙，导致其散热效果下降，一般会以热处理方式使上述各构件之间形成扩散接合，以避免各构件之间产生间隙，而保持良好的热传导效果。

但由于在进行扩散接合时，必须先对各构件进行定位，调整各构件之间的相对位置，然后再利用治具将各构件固定，并借由治具提供各构件额外的压力以使各构件形成紧密的接触。最后还需要经由长达8到9个小时的热处理，才能使各构件之间形成接合。

其中，定位的准确度会影响平板式热管的散热性能，尤其是在一些采用多层结构的毛细结构体的平板式热管中，定位问题显得更为重要。

举例来说，在某些平板式热管的设计中，是利用金属铜网作为毛细结构体，并且在与热源接触的部位(如CPU接触部位)采用较细网目的金属铜网以提高工作液体遇热时的气化速率，其余部位则采用较粗网目的金属铜网以提高工作液体的流动性，并需要将较细及较粗网目的金属铜网准确定位并加以接合，以提升整体平板式热管的散热效果。在此种平板式热管的制作流程中，较细与较粗网目的金属铜网的接合是否准确，将会影响金属铜网间的热传导，进而影响平板式热管的散热效果。

此外，利用一般的扩散接合，还容易受到施压治具平整度的影响。若治具的平整度不佳，容易使各构件之间在治具压合处的压合不良，造成进行扩散接合后的强度与紧密度不足，导致所述部位的构件受热发生变形而产生间隙，也会使热阻增加而降低散热效果。

由此可见，上述现有的平板式热管制造方法在制造方法与使用上，显然仍存在有不便与缺陷，而亟待加以进一步改进。为解决上述存在的问题，相关厂商莫不费尽心思来谋求解决之道，但长久以来一直未见适用的设计被发展完成，此显然是相关业者急欲解决的问题。因此如何能创设一种新的应用超音波焊接的平板式热管制造方法，成为当前业界极需改进的目标。

有鉴于上述现有的平板式热管制造方法存在的缺陷，本发明人基于从事此类产品设计制造多年丰富的实务经验及专业知识，并配合学理运用，积极加以研究创新，以期创设一种新的应用超音波焊接的平板式热管制造方法，能够改进现有的平板式热管制造方法，使其更具有实用性。经过不断研究、设计，并经反复试作及改进后，终于创设出确具实用价值的本发明。

发明内容

本发明的目的在于，克服现有的平板式热管制造方法存在的缺陷，而提供一种新的应用超音波焊接的平板式热管制造方法，所要解决的技术问题是使其具有易于定位各构件及提高各构件间的接合强度与紧密度，同时可以节省制程时间的功效，从而更加适于实用。

本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出的一种应用超音波焊接的平板式热管制造方法，其包括以下步骤：(A).将一毛细结构体的其中一表面的至少一部份以超音波焊接于一上平板及一形状对应所述上平板的下平板中的一者上，及使所述上平板与所述下平板相互叠合且所述毛细结构体位于所述平板间；以及(B).封合所述平板，以密封所述毛细结构体于所述平板内。

本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。

前述的应用超音波焊接的平板式热管制造方法，其中所述的步骤(A)中，所述超音波焊接是指超音波点焊。

前述的应用超音波焊接的平板式热管制造方法，其中所述的步骤(A)中，还使一支撑体位于所述平板之间，且与所述毛细结构体相接触。

前述的应用超音波焊接的平板式热管制造方法，其中所述的步骤(A)中，所述毛细结构体是一片体，并对折以夹置所述支撑体。

前述的应用超音波焊接的平板式热管制造方法，其中所述的步骤(A)中，所述毛细结构体是沿所述支撑体两侧边折叠包覆所述支撑体。

前述的应用超音波焊接的平板式热管制造方法，其中所述的步骤(A)中，还使所述毛细结构体的至少一部分接合至所述支撑体。

前述的应用超音波焊接的平板式热管制造方法，其中所述的步骤(A)中，是以超音波焊接使所述毛细结构体的至少一部分接合至所述支撑体上。

前述的应用超音波焊接的平板式热管制造方法，其中所述的步骤(A)中，所述超音波焊接是指超音波点焊、超音波滚焊，或上述组合的其中之一。

前述的应用超音波焊接的平板式热管制造方法，其中所述的步骤(B)中，是以沿所述平板周缘进行超音波焊接使所述平板周缘封合。

前述的应用超音波焊接的平板式热管制造方法，其中所述的步骤(B)中，是以沿所述平板周缘进行超音波滚焊使所述平板周缘封合。

前述的应用超音波焊接的平板式热管制造方法，其中所述的步骤(B)中，是先以气相沉积法于其中一平板周缘形成一接合层，再使所述接合层与所述平板的周缘形成共金接合，以使所述平板形成封合。

前述的应用超音波焊接的平板式热管制造方法，其中所述的支撑体为一由金属线编织而成的金属网。

前述的应用超音波焊接的平板式热管制造方法，其中所述的金属线为铜线。

前述的应用超音波焊接的平板式热管制造方法，其中所述的毛细结构体为一由金属线编织而成的金属网，所述毛细结构体的编织密度大于所述支撑体的编织密度。

前述的应用超音波焊接的平板式热管制造方法，其中所述的金属线为铜线。

前述的应用超音波焊接的平板式热管制造方法，其中所述的平板为金属材料所制成。

前述的应用超音波焊接的平板式热管制造方法，其中所述的平板的金属材料是选自于铝，或铜的其中之一。

前述的应用超音波焊接的平板式热管制造方法，其中所述的毛细结构体包括复数子毛细结构体。

前述的应用超音波焊接的平板式热管制造方法，其中所述的子毛细结构体为一由金属线编织而成的金属网。

前述的应用超音波焊接的平板式热管制造方法，其中所述的金属线为铜线。

前述的应用超音波焊接的平板式热管制造方法，其中所述的子毛细结构体是利用超音波焊接接合而成。

本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果。借由上述技术方案，本发明应用超音波焊接的平板式热管制造方法至少具有下列优点：

由以上可知，为了达到上述目的，本发明应用超音波焊接法于平板式热管的制作，除了可使平板式热管的构件如毛细结构体、支撑体，及平板之间易于定位之外，还可提升上述构件之间的接合强度与紧密度，而可以有效的降低热阻以提高散热效能，并可缩短接合制程所费时间。

于是，本发明应用超音波焊接的平板式热管制造方法包括：

(A).将一毛细结构体的其中一表面的至少一部份以超音波焊接于一上平板及一形状对应所述上平板的下平板中的一者上，及使所述上平板与所述下平板相互叠合且所述毛细结构体位于所述平板间；以及

(B).封合所述平板，以密封所述毛细结构体于所述平板内。

借由应用超音波焊接使毛细结构体接合于上平板或下平板的其中一者上，使毛细结构体与平板之间具有较佳的接合强度与紧密度，可以有效降低热阻以提升散热效能，并可大幅缩短接合制程所费时间。

此外，本发明应用超音波焊接的平板式热管制造方法，还包括以超音波焊接将毛细结构体接合至一位于所述平板之间且与所述毛细结构体相接触的支撑体上，使毛细结构体与支撑体之间具有较佳的接合强度与紧密度，有效的降低热阻以提升散热效能，并可大幅缩短接合制程所费时间。

并且，本发明应用超音波焊接的平板式热管制造方法，还包括沿所述平板周缘进行超音波焊接，以封合所述平板周缘，使所述平板之间具有较佳的接合强度与紧密度，并可大幅缩短接合制程所费时间。

甚且，本发明应用超音波焊接的平板式热管制造方法，还包括应用超音波焊接来使至少二子毛细结构体接合成为所述毛细结构体，可准确接合所述子毛细结构体，而能够避免因接合不准确而导致散热效果的降低。

综上所述，本发明新颖的应用超音波焊接的平板式热管制造方法，借由应用超音波焊接法，使毛细结构体、支撑体，及上、下平板形成接合，有效地提升了接合强度与紧密度，而可以间接提高散热效能；并且，也大幅缩短了接合制程所花费的时间。因此本发明具有易于定位各构件及提高各构件间的接合强度与紧密度，同时可以节省制程时间的功效。本发明具有上述诸多优点及实用价值，其不论在制造方法或功能上皆有较大的改进，在技术上有显著的进步，并产生了好用及实用的效果，且较现有的平板式热管制造方法具有增进的突出功效，从而更加适于实用，并具有产业的广泛利用价值，诚为一新颖、进步、实用的新设计。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。

附图说明

图1是一般现有的平板式热管的一分解立体图。

图2是一般现有的平板式热管的一局部侧视剖面图。

图3是本发明应用超音波焊接的平板式热管制作方法的最佳实施例的一流程图。

图4是本发明该最佳实施例的一局部侧视剖面图，说明一毛细结构体对折夹置一支撑体。

图5是本发明该最佳实施例的毛细结构体的一局部侧视剖面图，说明复数子毛细结构体构成毛细结构体。

图6是本发明该最佳实施例的一局部侧视剖面图，说明一环状毛细结构体套设于一支撑体。

图7是本发明该最佳实施例的一局部侧视剖面图，说明将毛体结构体利用超音波点焊接合于支撑体上。

图8是本发明该最佳实施例的一局部侧视剖面图，说明将毛体结构体利用超音波滚焊接合于支撑体上。

图9是本发明该最佳实施例的一局部侧视剖面图，说明将毛细结构体与支撑体利用超音波点焊接合于一下平板上。

图10是本发明该最佳实施例的一局部侧视剖面图，说明利用超音波点焊接使一上平板与下平板之间形成做作为支撑的一凹处。

图11是本发明该最佳实施例的一局部侧视剖面图，说明利用超音波滚焊使上、下平板周缘接合。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的应用超音波焊接的平板式热管制造方法其具体实施方式、制造方法、步骤、特征及其功效，详细说明如后。

本发明较佳实施例的应用超音波焊接的平板式热管制造方法，包括下列步骤：

首先，请参阅图3所示，是本发明应用超音波焊接的平板式热管制作方法最佳实施例的一流程图。在步骤21中，将毛细结构体31定位于支撑体32上。其定位方式可分别如图4及图6所示。

首先请参阅图4所示，是本发明该最佳实施例的一局部侧视剖面图，说明一毛细结构体对折夹置一支撑体，图中显示为将片状的毛细结构体31对折并夹置片状的支撑体32，使毛细结构体31与支撑体32的上、下表面均形成接触，由于此种方式可使位于毛细结构体31的上部311的热量经由侧部312而传递分散至下部313，因此可以有效的提高散热效果。

毛细结构体31的作用是用以传导热量，并将所述热量传递于附着在毛细结构体31之上的工作液体，以使该工作液体吸收热量而蒸发成为气体，在本实施例中，该毛细结构体31是以传热性良好的金属铜线所编织而成的金属铜网作为代表。

此外，请参阅图5所示，是本发明该最佳实施例的毛细结构体的一局部侧视剖面图，说明复数子毛细结构体构成毛细结构体。本发明还可结合复数子毛细结构体314、315来构成一多层结构的毛细结构体31。应用二种不同网目的金属铜网分别作为子毛细结构体314、315，并将其等结合成为一毛细结构体31，来加强整体散热效果。其中，将较细网目的金属铜网设置于受热部位(例如与CPU接触的部位)可提高附着于其上的工作液体的气化速率以防止局部热积存，其余部位则采用较粗网目的金属铜网，可保持工作液体的良好流动性，可以提高散热效果。

请参阅图4所示，支撑体32的作用是提供彼此连通的空隙321，使工作液体得以在空隙321中自由流动。在本实施例中，支撑体32是以较粗的金属铜线所编织而成的金属铜网作为代表，其网目大小大于作为毛细结构体31的金属铜网的网目大小。

请参阅图6所示，是本发明该最佳实施例的一局部侧视剖面图，说明一环状毛细结构体套设于一支撑体。其为本发明的另一种定位方式，将毛细结构体31沿支撑体32两侧折叠包覆支撑体32，可使位于毛细结构体31的上部311的热量经由左右二侧部312分别传递分散至下部313，可以更加有效的提高散热效果。

需要说明的是，毛细结构体31与支撑体32的定位方式不限于上述图4及图6的型式，毛细结构体31也可以多层形式环绕于支撑体32上。毛细结构体31与支撑体32的数量不限于单片，也可为多数片，且其等的形状不限。毛细结构体31也可为只接触支撑体32的其中一表面的至少一部份。

接着，如图3所示的步骤22，将毛细结构体31与支撑体32以超音波焊接法加以接合。本实施例是利用分别如图7与图8所示的超音波点焊及超音波滚焊，来接合毛细结构体31与支撑体32。

请参阅图7所示，是本发明该最佳实施例的一局部侧视剖面图，说明将毛体结构体利用超音波点焊接合于支撑体上。图7所示的点焊方式，是在焊头41下方形成设有一上模齿42，该上模齿42与设于承载座43上的下模齿44相对应。操作时，先将毛细结构体31与支撑体32定位并置入上、下模齿42、44之间，并将上模齿42下压，使毛细结构体31与支撑体32紧密挟持于上、下模齿42、44之间。借由焊头41带动上模齿42以超音波频率作实质上水平方向的微小震动，使毛细结构体31与支撑体32互相接触的表面受摩擦作用产生局部熔融而形成接合。

请参阅图8所示，是本发明该最佳实施例的一局部侧视剖面图，说明将毛体结构体利用超音波滚焊接合于支撑体上。图8所示的滚焊方式，其原理与点焊大致上相同，在可转动的上滚轮4 5形成设有一连动的环状上模齿46，上模齿46对应于可转动的下滚轮47上的环状下模齿48。操作时，先将毛细结构体31与支撑体32定位并置入于上、下模齿46、48之间，并将上模齿46下压，使毛细结构体31与支撑体32紧密挟持于上、下模齿46、48之间。借由上滚轮45带动上模齿42以超音波频率作实质上水平方向的震动，使毛细结构体31与支撑体32互相接触的表面形成接合。并且，借由呈相反方向转动的上、下滚轮45、47，带动毛细结构体31与支撑体32横向移动，而可达到使毛细结构体31与支撑体32连续接合的目的。

不论是利用超音波进行点焊或滚焊，均是使毛细结构体31与支撑体32互相接触的表面进行摩擦，而在摩擦产生局部熔融之前，会先使原先形成于其等表面上的氧化物受摩擦剪力作用而移除，进而露出其等表面下的原本材质。因此，由于氧化物的去除，使得因局部熔融所形成接合的强度与紧密度均较一般的扩散接合为佳，因此进一步降低了热阻而可以提升散热效能。并且，进行超音波焊接所花费的时间只约为30分钟，也远小于扩散接合所花费约为8到9个小时的时间。

并且，同样地，可应用超音波点焊或滚焊来接合前述如图5中所示的二种不同网目的子毛细结构体314、315，来形成一多层结构的毛细结构体31，以准确地将子毛细结构体314、315加以接合，避免一般的扩散接合制程中，因定位不准确而导致散热效果的降低。

此外，利用超音波焊接来预先将毛细结构体31及支撑体32作接合，还具有便于清洗的好处。

一般在平板式热管的制程中，由于需要尽可能地避免将污染物封于热管之中而影响工作性能，因此会对毛细结构体31及支撑体32作清洗，然而在一般应用扩散接合的制程中，需要将毛细结构体31与支撑体32分别作清洗后再加以定位，而在定位的操作过程中，又容易造成污染物附着于其等之上而造成二次污染。

本发明利用超音波焊接来取代扩散接合，便可在清洗前，即预先对毛细结构体31与支撑体32作接合，可以有效避免二次污染的问题产生。

以上所述是应用超音波焊接法(点焊或滚焊)来制作毛细结构体31以及将毛细结构体31接合于支撑体32上。以下，同样是应用超音波焊接法，来进一步使平板式热管的其他构件进行接合。

请参阅图3及图9所示，图9是本发明该最佳实施例的一局部侧视剖面图，说明将毛细结构体与支撑体利用超音波点焊接合于一下平板上。在步骤23中，将接合后的毛细结构体31与支撑体32，再以超音波点焊接合于下平板34之上。由于毛细结构体31事先已与支撑体32接合，可以直接定位于下平板34上进行接合，从而免除了一般需要分别将毛细结构体、支撑体，及下平板三者进行调整定位的麻烦。

请再参阅图3及图10所示，图10是本发明该最佳实施例的一局部侧视剖面图，说明利用超音波点焊接使一上平板与下平板之间形成做作为支撑的一凹处。在步骤24中，将形状对应于下平板34的上平板33对应地定位于下平板34上，并且利用超音波点焊在对应于热源的部位(如与CPU接触的部位)形成至少一个如图10中的凹处35，用以使上平板33与毛细结构体31、支撑体32，及下平板34形成连结，可以防止上述构件彼此之间移位，并可加强各构件间的接合紧密度，有效的避免邻近热源处的构件变形而生间隙，防止热阻增加而降低了散热效果。

最后请参阅图3及图11所示，图11是本发明该最佳实施例的一局部侧视剖面图，说明利用超音波滚焊使上、下平板周缘接合。在步骤25中，再次利用超音波滚焊法，沿上、下平板33、34周缘进行滚焊，使上平板33与下平板34相封合，以将毛细结构体31与支撑体32密封于其内。

或者，可利用气相沉积法在上平板33，或下平板34，或该上、下平板33、34两者的周缘形成一金属材质的接合层，再对该接合层进行加热，使该上、下平板33、34与接合层形成共金接合，以封合上、下平板33、34。其中，上、下平板33、34可为铜、铝等金属材质所制成，而接合层的金属材质是可选自于锡、银、铜，及上述组合的其中之一者。或者，所述金属材质还可选自于锡、铅，及上述组合的其中之一者。甚者，所述金属材质也可选自于锡、铋，及上述组合的其中之一者。

归纳上述，借由应用超音波焊接法，使毛细结构体31、支撑体32，及上、下平板33、34形成接合，有效地提升了接合强度与紧密度，而可以间接提高散热效能。并且，也大幅缩短了接合制程所花费的时间，确实能够达成本发明的目的。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (21)

1、一种应用超音波焊接的平板式热管制造方法，其特征在于其包括以下步骤：

(A).将一毛细结构体的其中一表面的至少一部份以超音波焊接于一上平板及一形状对应所述上平板的下平板中的一者上，及使所述上平板与所述下平板相互叠合且所述毛细结构体位于所述平板间；以及

(B).封合所述平板，以密封所述毛细结构体于所述平板内。

2、根据权利要求1所述的应用超音波焊接的平板式热管制造方法，其特征在于其中所述的步骤(A)中，所述超音波焊接是指超音波点焊。

3、根据权利要求1所述的应用超音波焊接的平板式热管制造方法，其特征在于其中所述的步骤(A)中，还使一支撑体位于所述平板之间，且与所述毛细结构体相接触。

4、根据权利要求2所述的应用超音波焊接的平板式热管制造方法，其特征在于其中所述的步骤(A)中，所述毛细结构体是一片体，并对折以夹置所述支撑体。

5、根据权利要求2所述的应用超音波焊接的平板式热管制造方法，其特征在于其中所述的步骤(A)中，所述毛细结构体是沿所述支撑体两侧边折叠包覆所述支撑体。

6、根据权利要求3至5中任一权利要求所述的应用超音波焊接的平板式热管制造方法，其特征在于其中所述的步骤(A)中，还使所述毛细结构体的至少一部分接合至所述支撑体。

7、根据权利要求6所述的应用超音波焊接的平板式热管制造方法，其特征在于其中所述的步骤(A)中，是以超音波焊接使所述毛细结构体的至少一部分接合至所述支撑体上。

8、根据权利要求7所述的应用超音波焊接的平板式热管制造方法，其特征在于其中所述的步骤(A)中，所述超音波焊接是指超音波点焊、超音波滚焊，或上述组合的其中之一。

9、根据权利要求1所述的应用超音波焊接的平板式热管制造方法，其特征在于其中所述的步骤(B)中，是以沿所述平板周缘进行超音波焊接使所述的平板周缘封合。

10、根据权利要求1所述的应用超音波焊接的平板式热管制造方法，其特征在于其中所述的步骤(B)中，是以沿所述平板周缘进行超音波滚焊使所述的平板周缘封合。

11、根据权利要求1所述的应用超音波焊接的平板式热管制造方法，其特征在于其中所述的步骤(B)中，是先以气相沉积法于其中一平板周缘形成一接合层，再使所述接合层与所述平板的周缘形成共金接合，以使所述平板形成封合。

12、根据权利要求2所述的应用超音波焊接的平板式热管制造方法，其特征在于其中所述的支撑体为一由金属线编织而成的金属网。

13、根据权利要求12所述应用超音波焊接的平板式热管制造方法，其特征在于其中所述的金属线为铜线。

14、根据权利要求12所述应用超音波焊接的平板式热管制造方法，其特征在于其中所述的毛细结构体为一由金属线编织而成的金属网，所述毛细结构体的编织密度大于所述支撑体的编织密度。

15、根据权利要求14所述应用超音波焊接的平板式热管制造方法，其特征在于其中所述的金属线为铜线。

16、根据权利要求1所述的应用超音波焊接的平板式热管制造方法，其特征在于其中所述的平板为金属材料所制成。

17、根据权利要求16所述应用超音波焊接的平板式热管制造方法，其特征在于其中所述的平板的金属材料是选自于铝，或铜的其中之一。

18、根据权利要求1所述的应用超音波焊接的平板式热管制造方法，其特征在于其中所述的毛细结构体包括复数子毛细结构体。

19、根据权利要求18所述应用超音波焊接的平板式热管制造方法，其特征在于其中所述的子毛细结构体为一由金属线编织而成的金属网。

20、根据权利要求19所述应用超音波焊接的平板式热管制造方法，其特征在于其中所述的金属线为铜线。

21、根据权利要求18所述应用超音波焊接的平板式热管制造方法，其特征在于其中所述的子毛细结构体是利用超音波焊接接合而成。

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