CN105101699A - 包括超高频组件和印刷电路的套件 - Google Patents
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Abstract
本发明的套件(1)包括表面贴装组件类型的超高频组件(2)和印刷电路板(4),该超高频组件(2)包括至少一根第一超高频传输线(3),该印刷电路板(4)包括能够与第一超高频传输线接触的至少一根第二超高频传输线(7)。组件(2)包括具有与印刷电路板(4)接触的面(202)的外壳(20),该外壳(20)包括用于限定超高频信号的至少一个空腔,该空腔由外壳的导电表面定界,以及由第二超高频传输线(7)的导电区域(73)定界。
Description
技术领域
本发明涉及一种包括超高频组件和印刷电路的套件。
背景技术
当电子组件能够在超高频范围内工作时,即,在1GHz和数十GHz之间的频率下,例如约60GHz,被说成是“超高频”。
SMC(surface-mountedcomponent,表面贴装组件)类型的电子组件被焊接到电子板的表面上,而不包括穿过电子板的销。SMC组件在它们的端部具有金属末端或销以能够直接焊接到印刷电路的表面上。
当超高频信号从印刷电路的超高频线向SMC组件外壳的通常为同轴的输入端传播时,两种不同类型传输线之间的显著失配导致强烈的干扰,特别是通过产生电感或寄生电容。该失配通常伴有损失或超高频反射,这限制了组件的最大使用频率。而且,印刷电路和组件之间以及该组件的相邻输入端之间信号传播的不正确处理,导致这些输入端之间的绝缘故障,这导致输入端的耦合并且限制组件的最大频率。
包括在组件基底处的若干通道的SMC类型的继电器从TELEDYNE公司2007年的技术手册可知,并且编号为SGRF100/SGRF103。绝缘壁定位于通道之间。终止每个通道中心导电棒的销是弯曲的以被焊接到印刷电路板上,并且突出在继电器外壳外面。在外壳的套筒处,玻璃珠将棒保持在继电器的壳体中。玻璃珠不能使高频率信号优化,因为它导致线的失配并产生损失,限制了频率升高。而且,中心导电棒的截面是恒定且不可配置的,这限制了在该区域超高频自适应的优化。没有推荐的预防措施以防止在印刷电路上通道的耦合。因此超高频信号通过印刷电路泄漏。因此通道之间的绝缘是不完美的。印刷电路和继电器的活性部分之间的信号传输未优化,这限制了频率增加。
本发明更具体地旨在通过提出如下的套件来解决这些缺点,该套件包括SMC类型的超高频组件和印刷电路板,所述印刷电路板和所述组件之间具有改进的转换器。本发明还旨在提出超高频通道之间改进的绝缘,从而实现组件在高频下工作。
发明内容
为此,本发明涉及一种套件,包括表面贴装组件类型的超高频组件和印刷电路板,所述超高频组件包括至少一根第一超高频传输线,所述印刷电路板包括能够与所述第一超高频传输线接触的至少一根第二超高频传输线。所述组件包括具有与所述印刷电路板接触的面的外壳,所述外壳包括用于限定超高频信号的至少一个空腔,所述空腔由外壳的至少一个导电表面定界,以及由导电区域定界,所述导电区域与印刷电路的所述第二超高频传输线的暴露的导电部分连接,所述导电区域至少部分地封闭所述外壳的凹槽,所述凹槽由导电表面定界,以形成所述空腔。
由于本发明,在设置于组件的外壳下方的空腔内引导超高频信号。因此,由信号在板和组件之间通过所导致的信号的损失和泄漏减少。
而且,空腔由包括定界凹槽的外壳和支承导电区域的板的套件形成。因此,所述套件更容易生产。
根据本发明有利但任选的方面,考虑任何技术上允许的组合,这样的套件可并入一个或多个下述技术特征:
所述外壳由导电材料制成,并且所述凹槽的导电表面由金属制成。
所述第一超高频传输线包括由绝缘构件保持在所述外壳中的导线。
所述绝缘构件围绕所述导线包胶模制(overmold)。
所述绝缘构件在所述外壳内包胶模制。
使用树脂块将所述绝缘构件紧固在外壳中。
所述外壳由绝缘材料制成并且所述凹槽的导电表面被金属化,例如通过镍沉积被金属化。
所述外壳包括第一孔,所述第一孔出现在所述空腔中并且包括导电侧表面,所述导电侧表面是所述第一超高频传输线的一部分,并且,金属化的通孔沿环绕所述第一孔的封闭轮廓设置在所述外壳中。
所述第一超高频传输线由所述空腔的导电表面和附接的导线两者形成。
所述第一超高频传输线仅由所述空腔的导电表面形成。
所述组件能够在超过1GHz的频率下工作。
所述组件和/或所述板是互联的模制器件。
所述组件是超高频继电器。
附图说明
有鉴于参照附图所作的对根据本发明包括SMC超高频组件和印刷电路板的套件的三种实施方式的下述描述,本发明将得到更好的理解,并且本发明的其它优点将变得更清楚,其中:
图1是根据本发明第一实施方式的套件的分解透视图,该套件包括安装在印刷电路板上的超高频组件;
图2是从下方看图1中示出的组件的局部分解透视图;
图3是沿图1中平面PIII的放大详细剖面图;
图4~图8是第一实施方式5种替代方案的类似于图3的视图;
图9是根据本发明第二实施方式套件的分解透视图;
图10是图9套件的局部底部透视图;
图11是沿图9中平面PXI的局部视图;
图12是沿图11中平面PXII的剖面图;以及
图13是根据本发明第三实施方式套件的剖面图。
具体实施方式
图1至图3示出包括超高频组件2和印刷电路板4的套件1。在示例的实施例中,该组件2是微型继电器,更具体地是SPDT(单刀双掷)继电器,其尺寸为约acm3。这是表面贴装组件(SMC)。或者,它可以是同轴通道之间需要绝缘的任何其他组件,例如其他类型的继电器,诸如DPDT(双刀双掷)继电器或更普遍的nPnT的(n刀,n掷)继电器、耦合器、分配器、过滤器或多路复用器。
继电器2是超高频组件,即,它能够在超高频范围内工作,即,在最小频率1GHz及更大频率下工作。
或者,本发明适用于超高频功率应用。
在下文中,术语“顶部”、“底部”、“竖直”、“水平”、“上”和“下”相对于图1中套件1的定位来定义,在图1中板4相对于组件2位于底部,组件2位于顶部。在该图中,板4水平定位。实际上,在使用过程中套件1的定位可不同。
组件2包括由导电材料制成的外壳或主体20。例如,外壳20通过对金属合金块例如黄铜块进行机械加工或模制来制造。或者,它可由金属化塑料材料制成。
外壳20优选为平行六面体形状并且包括水平的下侧的面202,该水平的下侧的面202设置为与板4的上侧的面41进行表面接触。外壳20可以为其他形式。
在示例的实施例中,继电器2包括电磁开关元件21。
组件2包括至少一个称为“转换器(transition)”的超高频传输线3,用于传送超高频信号。优选地,该组件包括若干转换器3。每个转换器3包括称为“接触器”的导线31,其能够与组件2的超高频通道的活性部分(activepart)进行接触,例如继电器2的移动接触器之一。
组件2的功能部分容纳在外壳20的凹槽27中,任选地在顶部被盖26封闭。
接触器31为弯曲形状并且包括用上端3111封端的第一竖直部分或棒311以及在上端3111对面与棒311连接的第二水平部分或叶片(blade)312,并且所述第二水平部分或叶片312的自由端用舌片(tab)313封端。棒311插入通过设置在外壳20中称为“套筒”的通孔28。
棒311可为具有圆形截面的圆柱形状,并且沿着第一几何轴线X延伸。片状物312是扁平的,并且它的自由端或前端,即,与棒311相反的一端,向下弯曲从而形成接触舌片313,用于与板4连接。叶片312沿垂直于轴线X的第二几何轴线Y延伸。接触器31例如通过对铜合金带进行切割和折叠来制造。
考虑到叶片312的后部位于棒311附近,与进一步远离棒311的前部相反,术语“前部”和“后部”参照轴线Y的定向来定义。
接触器31由称为绝缘体32的绝缘构件支撑,绝缘体32为弯曲形状,它包括第一竖直部分或环321,该第一竖直部分或环321整体上为沿轴线X延伸的具有圆形截面的中空圆柱形形状。环321至少部分地容纳在外壳20的孔28中,并且包括以轴线X为中心的中心孔洞325,其中,接触器31的棒311部分地容纳在该中心孔洞325中。与环321的上端3211相对,该环321由垂直于环321的第二部分或套环322沿轴线Y延伸。套环322允许导向接触器31并机械保持接触器31。绝缘体32的套环322包括底壁或后壁3221,两个侧壁323A和323B以及上壁324,定界出沿轴线Y延伸的面向底部和前部开放的腔6。作为实施例,后壁3221为具有圆形截面的圆柱形,其纵轴与轴线X合并。或者,绝缘体32的后壁3221可为不同形状,例如正方形类形状。侧壁323A和323B延伸后壁3221并且平行于轴线X和轴线Y。上壁324垂直于壁3221、323A和323B,垂直于轴线X并且平行于轴线Y。
套环322容纳在凹槽5中,该凹槽5为沿轴线Y延伸的狭槽形式,并且同时在外壳20的侧面之一上在前部显露以及在外壳20的下侧的面202上向下显露。该凹槽5向下被印刷电路板4的上侧的面41封闭,从而限定出侧面和顶部封闭的空腔C。凹槽5的第一纵向端在外壳20的侧面之一上显露,并且相对的第二纵向端在用于绝缘体32通过的孔28上显露。
接触器31的棒311包括确保其保持在绝缘体32的环321中的外周鱼叉34。当接触器31已经安装在外壳20中时,绝缘体32例如围绕接触器31包胶模制。
或者,绝缘体32围绕接触器31的棒311强制安装,然后由接触器31和绝缘体32形成的套件安装在外壳20的孔28中。
凹槽5包括底壁或后壁S1,例如形式为具有圆形截面的圆柱形部分,具有纵向轴线X和基本等于绝缘体32的后壁3221直径的直径,从而后壁3221与凹槽5的后壁S1表面接触。凹槽5包括平行于轴线Y的两个侧壁S2A和S2B,其延伸后壁S1。侧壁S2A和S2B各自与外壳20的侧面之一连接。凹槽5还包括上壁S3,该上壁S3连接侧壁S2A和S2B并且可以平行于外壳20的下侧的面202。
接触器31的第一部分311和第二部分312之间的接合区33容纳在绝缘体32的罩6中。接触器31的叶片312可在空腔C中延伸,并且可以从罩6的前部突出。
中空容积V1,其为空腔C的内部容积,一方面在接触器31的叶片312和凹槽5的上壁S3之间延伸,并且另一方面在接触器31的叶片312和印刷电路板4的上壁41之间延伸。
沿轴线Y并且在绝缘体32的套环322处,容积V1填充有绝缘体32的材料。沿轴线Y并且在绝缘体32的套环322和外壳20的凹槽5在其上显露的侧壁之间,容积V1填充有空气。或者,在例如包胶模制的情况下,它可填充有电绝缘材料。
板4包括至少一根超高频传输线,例如三根线7。优选地,板4包括若干根传输线。每根线7设置为与组件2的转换器3之一电连接。这些线7可以是共面的微带等类型。
接触器31的舌片313与在板4上侧的面41上制作的超高频传输线7的平面的中心导电轨71进行机械接触和电接触。舌片313的自由端与外壳20的侧面齐平,即,它没有沿轴线Y突出到空腔C以外。或者,例如,舌片313可以突出到空腔C以外以便于目视检查并且为了手工焊接。在那种情况下,芯片布图得以延伸并且绝缘性提高。与此相反,舌片313可略微缩回到空腔C或凹槽5内。
在转换器31的叶片312的延伸中,中心轨71平行于轴线Y延伸并且在空腔C下方突出。更具体地,在空腔C下方,中心轨71的端部711可任选地延伸通过外壳20的侧壁。
中心轨71通过U形绝缘构件72与板4的芯片布图73绝缘,该U形绝缘构件72是没有导电金属化的区域,例如通过化学蚀刻制成。传输线7的各元件的尺寸可修改,这使得能够适应超高频波的传播。
当电信号在外壳20附近由线7传输时,通过接触器31的舌片313和中心轨71的端部711之间的接触,以及通过板4的导电区域73和组件2的导电区域202之间的接触,信号从板4的线7传到组件2的转换器3。
由于空腔C导电的壁S1、S2A、S2B和S3,信号保持限定在容积V1内。在顶部,信号被空腔C的后壁S1阻挡。从下面,信号被板4的线7的导电区域73阻挡,该导电区域73至少部分地从下面封闭凹槽5并且其至少部分地位于外壳20下面。导电区域73或“芯片布图”接地。在侧面,信号被空腔C的侧壁S2A和S2B阻挡。
容积V1因此形成空腔C,该空腔C的壁S1、S2A、S2B、S3和73是导电并接地的。
沿轴线X,信号在接触器31的棒311和外壳20的金属壁S4之间传播,该金属壁S4定界绝缘体32材料的孔28。该壁是导电的,信号保持限定并且避免向其他转换器3泄漏。
这使得可以使用具有高频的超高频信号的套件1。图4至图8示出组件2的五种替代方案,其中,类似于图1至图3组件的相应元件具有相同的附图标记。下面,我们将不提供这些替代方案中类似于图1至图3组件2的那些元件的详细描述。
图4示出组件2的第一替代方案,其中绝缘体32的环321包括被外壳20的互补形状填充的环形外周沟槽30A,这使得绝缘体32在外壳中能够保持在适当位置。然后,在外壳20中将绝缘体32包胶模制。
图5示出组件2的第二替代方案,其中绝缘体32的环321包括外周沟槽326,该外周沟槽326设置有至少一个注入孔327A和通气孔327B,或反之亦然。
在组件2的制造过程中,接触器31安装在绝缘体32的孔325中。然后,由接触器31和绝缘体32形成的套件安装在外壳20的孔28中。为了相对于外壳20固定绝缘体32,通过注入孔327A或327B注入树脂块10。树脂10填充外周沟槽326,并且空气分别通过通气孔327B或327A逸出。
图6示出第三替代方案,第三替代方案与第二替代方案的区别在于,外壳20包括例如使外壳20的一个壁和孔28连接的水平注入孔29。
图7示出超高频组件2的第四替代方案,其中接触器31由两个独立的构件311和312形成。第一构件311构成接触器31的棒,并且第二构件312构成转换器31的叶片。在构件311和312之间的接合区域33,例如通过凹口37完成组装,其中,棒311的下端容纳在该凹口37中。然后很容易制造具有两个构件311和312的接触器31。
图8示出组件2的第五替代方案,其中接触器31的棒311包括环形外周沟槽35。在组件2的制造过程中,将接触器31放置在外壳20的孔28中。然后,围绕接触器31包胶模制绝缘体32,使得绝缘体32的材料填充沟槽35。然后,将由接触器31和绝缘体32形成的套件强制安装在外壳20的孔28中,使得绝缘体32在外壳20中保持在适当位置。
图4和图8的替代方案可以组合,以在外壳20内围绕接触器31同时包胶模制绝缘体32。
图9至图12示出根据本发明第二实施方式的套件1001。
套件1001包括超高频组件1002和印刷电路板4,其中,该超高频组件1002包括三根超高频传输线1003,该印刷电路板4类似于参照图1至图3描述的印刷电路板。组件1002类似于图1至图3组件2的那些元件具有相同的附图标记,只是增加了1000。下面,我们不提供组件1002类似于组件2的那些元件的详细描述。
组件1002包括由绝缘材料,诸如高温聚合物,例如通过注入而制成的外壳1020。外壳1020包括至少一个用于通过导电棒1311的孔1028,其可例如采取具有以轴线X为中心的圆形截面的圆柱形棒的形式,并且其上端由可具有较大直径的头部1311A形成。导电棒1311是附接构件。作为实施例,孔1028的上端由轴1028A形成边界,该轴1028A在外壳1020的空腔1027内突出。导电棒1311的头部1031A承载在轴1028A的上端。在轴1028A对面,孔1028的下端是斜面的并且向下呈喇叭状。
沿轴线Y延伸的凹槽1005设置在外壳1020的下侧的面10202内。凹槽1005被导电区域73从下方封闭,从而形成空腔C,该导电区域73与传输线7的暴露的导电部分连接。
与组件2的凹槽5不同,空腔1005在外壳1020的侧面处没有显露。外壳1020包括封闭壁10204,该封闭壁10204堵塞凹槽1005的前端并且使板4的传输线7可以连接到组件2的转换器3。标记S1006表示壁10204的导电部分,该导电部分与板4的传输线7的导电轨71的末端711接触。另外,组件1002不包括用于保持导电棒1311的绝缘体,绝缘体由外壳1020示出。导电棒1311直接安装在孔1028中,并且与孔1028的圆柱形壁S1004进行表面接触。而且,导电棒1311不包括第二部分或接触舌片。
为了使板4的传输线7和组件1002的转换器1003之间电连接,例如通过镍沉积对凹槽1005的上壁S1003至少部分地进行金属化,从而形成导电轨。
在图11和图12中,为了更加清楚,用粗线表示金属化的表面,其厚度不代表导电层的实际厚度。
孔1028的壁S1004、与板4接触的外壳1020的壁10204的部分S1006以及与板4相邻的侧壁的外表面S1005也被金属化,并且形成充当转换器1003的导电表面,其类似于图1至图3中组件2的转换器3。
围绕轴1028A,外壳1020的凹槽1027的下壁设置有金属化的穿孔1008或“通孔”,该穿孔1008或“通孔”平行于轴线X并且沿封闭轮廓钻孔,该封闭轮廓可为圆形并且围绕孔1028延伸。
与外壳1020相邻的上表面S1007、侧表面S1008和底表面S10202也被金属化,并且与板4的芯片布图73(直接地或在S1007的情况下间接地)接触。
通过金属化的表面S10202、S1007和S1008(它们使传输线接地),并且通过外壳1020的表面S1005和S1006(用作传输线的导电部分),在外壳1020附近,超高频信号由板4的传输线7传送,并且从板4的传输线7输送到组件1002的转换器1003。
接着,信号经由转换器1003在空腔C中传播,空腔C通过容积V1与芯片布图73绝缘。在屏蔽的空腔C中信号由板4的芯片布图73引导并且由凹槽1005的导电侧表面S1002A和S1002B以及外壳1020的表面S1007和S1008引导。
沿轴线X,信号围绕被通孔1008环绕的金属化的孔1028传播,其提供限制或者甚至防止各转换器1003之间信号泄露的屏蔽。因此孔1028连续地定界导电的信号通过部分,而通孔1008不连续地定界超高频传输线的外部或暴露的导电部分。
图13示出套件2001,包括根据本发明第三实施方式的超高频组件2002和印刷电路板4,该印刷电路板4类似于图1至图3的印刷电路板。组件2002类似于图9至图12组件2的那些元件具有相同的附图标记,只是增加了1000。下面,我们不提供组件2002类似于组件1002的那些元件的详细描述。
与组件1002不同,组件2002不包括附接的导电棒。外壳2020的凹槽2005在外壳2020的侧面上不显露。
组件2002的外壳2020由绝缘材料制成,并且凹槽2005的表面S2001、S2002A、S2002B、S2003、S2004、S2005和S2006以及外壳2020的上表面S2007和侧表面S2008被金属化。孔2028使外壳2020的凹槽2027与空腔2005连接,其中,孔2028的上端由轴2028A延伸。轴2028A的上表面被金属化,从而产生与组件2002活性部位的电接触。每个孔2028被金属化的孔或“通孔”2008所环绕,该金属化的孔或“通孔”2008平行于轴线X并且沿可为圆形的轮廓钻孔。
凹槽2005被线7的接地导电区域73从下方封闭,从而形成空腔C。空腔定界被导电表面S2001、S2002A、S2002B、S2003、S2004和73所围绕的容积V1,该容积V1填充有绝缘体,优选填充有空气。
套件2001的操作类似于参照套件1001描述的操作。在空腔C内,即,在组件2002内,信号经由转换器2003传播,该转换器2003通过容积V1与芯片布图73绝缘。在屏蔽的空腔C中,信号由芯片布图73和导电表面S2001、S2002A、S2002B引导,并且还由接地的金属化表面S2007和S2008引导。沿轴线X,信号经由由孔S2004的壁和环绕孔S2004的接地的金属化的通孔2008所形成的同轴线传播,其限制或防止信号在转换器2003A、2003B和2003C之间泄漏。
或者,图9至图13的套件1001和2001可由MID(模制的互连器件)技术来生产,具体地,和/或组件1002或2002,然后其被称为“互联的模制器件”来生产。
在本发明的上下文中,所描述的各种实施方式和替代方案可至少部分地组合。此外,超高频性能的优化可能引起略微改变组件(绝缘体、接触器、外壳、轨)的几何形状,而不改变本发明的原理。例如,空腔C可由外壳的至少一个导电表面定界,该至少一个导电表面可为弯曲形状。
Claims (14)
1.一种套件(1;1001;2001),包括表面贴装组件类型的超高频组件(2;1002;2002)和印刷电路板(4),所述超高频组件(2;1002;2002)包括至少一根第一超高频传输线(3;1003;2003),所述印刷电路板(4)包括能够与所述第一超高频传输线接触的至少一根第二超高频传输线(7),
其特征在于,所述组件包括外壳(20;1020;2020),所述外壳(20;1020;2020)具有与所述印刷电路板(4)接触的面(202;10202;20202),
并且,所述套件包括用于限定超高频信号的至少一个空腔(C),所述空腔(C)由下述构件定界:
所述外壳的至少一个导电表面(S1、S2A、S2B、S3、S4;S1001、S1002A、S1002B、S1003、S1004、S1005、S1006;S2001、S2002A、S2002B、S2003、S2004、S2005、S2006),以及
导电区域(73),所述导电区域(73)与所述第二超高频传输线(7)的暴露的导电部分连接并且至少部分地封闭所述外壳的凹槽(5;1005;2005),所述凹槽(5;1005;2005)由所述导电表面定界,以形成所述空腔。
2.根据权利要求1所述的套件(1),其特征在于,所述外壳(20)由导电材料制成,并且所述凹槽(5)的导电表面(S1、S2A,S2B、S3、S4)由金属制成。
3.根据权利要求2所述的套件(1),其特征在于,所述第一超高频传输线(3)包括由绝缘构件(32)保持在所述外壳(20)中的导线(31)。
4.根据权利要求3所述的套件(1),其特征在于,所述绝缘构件(32)围绕所述导线(31)包胶模制。
5.根据权利要求3所述的套件(1),其特征在于,所述绝缘构件(32)在所述外壳(20)内包胶模制。
6.根据权利要求3所述的套件(1),其特征在于,使用树脂块(10)将所述绝缘构件(32)紧固在所述外壳(20)中。
7.根据权利要求1所述的套件(1001;2001),其特征在于,所述外壳(1020;2020)由导电材料制成,并且,所述凹槽(1005;2005)的导电表面(S1001、S1002A、S1002B、S1003、S1004、S1005、S1006;S2001、S2002A、S2002B、S2003、S2004、S2005、S2006)被金属化。
8.根据权利要求7所述的套件(1001;2001),其特征在于,所述凹槽(1005;2005)的导电表面(S1001、S1002A、S1002B、S1003、S1004、S1005、S1006;S2001、S2002A、S2002B、S2003、S2004、S2005、S2006)通过镍沉积被金属化。
9.根据权利要求7所述的套件(1001;2001),其特征在于,所述外壳(1020;2020)包括第一孔(1028;2028),所述第一孔(1028;2028)出现在所述空腔(C)中并且包括导电侧表面(S1004;S2004),所述导电侧表面(S1004;S2004)是所述第一超高频传输线(1003;2003)的一部分;并且,金属化的通孔(1008;2008)沿环绕所述第一孔的封闭轮廓设置在所述外壳(1020;2020)中。
10.根据权利要求7所述的套件(1001),其特征在于,所述第一超高频传输线(1003)由所述空腔(C)的导电表面(S1001、S1002A、S1002B、S1003、S1004、S1005、S1006)和附接的导线(1311)两者形成。
11.根据权利要求7所述的套件(2001),其特征在于,所述第一超高频传输线(1003)仅由所述空腔(C)的导电表面(S2001、S2002A、S2002B、S2003、S2004、S2005、S2006、73)形成。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的套件(1;1001;2001),其特征在于,所述组件(2;1002;2002)能够在超过1GHz的频率下工作。
13.根据权利要求1至11中任一项所述的套件(1;1001;2001),其特征在于,所述组件(1002;2002)或所述板(4)是互联的模制器件。
14.根据权利要求1至11中任一项所述的套件(1;1001;2001),其特征在于,所述组件(2;1002;2002)是超高频继电器。
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