CN111349910A - 一种工件架及镀膜系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于镀膜技术领域，具体公开了一种工件架及镀膜系统。工件架包括：框架、前挡板、两个侧板、射频电极板和接地电极板，两个侧板和前挡板合围形成开口背向前挡板的容纳腔，侧板上的通孔与容纳腔连通；各电极板均设置于容纳腔内，且沿框架的高度方向间隔交替连接在框架上。镀膜系统包括反应室，反应室内设置有上述工件架，工件架通过共用电极板可拆卸连接在反应室内。本发明提供的工件架及镀膜系统，电场均匀性提高，不需要通过附加装置便能提高镀膜均匀性和镀膜效率，降低镀膜成本。

Description

一种工件架及镀膜系统

技术领域

本发明涉及镀膜技术领域，尤其涉及一种工件架及镀膜系统。

背景技术

真空镀膜是一种在高真空环境下，在金属、塑料等工件表面上形成具有所需特性薄膜的一种工艺方法，其被广泛应用于电子设备制造等各个领域，用于改善工件的物理、化学性能，或使工件表面获得较好的外观美观性。

等离子体增强化学气相沉积法(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition,PECVD)是真空镀膜工艺的一种，按沉积腔室等离子源与工件的关系分为直接法和间接法，其中属于直接法的板式PECVD结构较为常见，即将工件放置在一个工件架上，再将工件架放入到一个反应腔室中，反应腔室内部设有平板型的电极，电极与工件之间形成一个放电回路，腔室中的工艺气体在两个极板之间的交流电场的作用下在空间被电离形成等离子体，并沉积到工件表面进行镀膜。

目前，真空镀膜系统中的工件架多采用圆筒式工件架，其是通过附加转台或旋转装置来实现工件架的可旋转，以达到镀膜均匀性的要求。但其存在以下缺点：

(1)由于其是通过电极板与真空腔室内壁的不同极性来产生电场的，在同一腔室内其产生的电场空间是有限的，且在电场中产生的等离子体需通过一定距离的扩散运动才能到达所需镀膜的工件，镀膜效率相对较低；

(2)由于其需要附加装置来实现镀膜均匀性，因此结构比较复杂，成本较高，同时占用了较大部分的腔室面积。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种工件架，其电场均匀性好，镀膜空间利用率高，镀膜均匀性好，镀膜效率高，有利于降低镀膜成本。

本发明的另一个目的在于提供一种镀膜系统，提高镀膜效率和镀膜质量，降低镀膜成本。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种工件架，包括：

框架；

两个侧板，分别连接于所述框架的相对两侧，所述侧板上开设有多个通孔；

前挡板，连接于所述框架的前侧，两个所述侧板和所述前挡板合围形成开口背向所述前挡板的容纳腔，所述通孔与所述容纳腔连通；

射频电极板和接地电极板，均设置于所述容纳腔内，所述射频电极板和所述接地电极板沿所述框架的高度方向间隔交替连接在所述框架上。

作为上述工件架的优选技术方案，所述射频电极板和所述接地电极板均可拆卸连接在所述框架上且高度位置可调。

作为上述工件架的优选技术方案，沿所述侧板的高度方向，多个所述通孔分成若干排等间隔分布在所述侧板上，且每排中相邻两个所述通孔的间距相等。

作为上述工件架的优选技术方案，沿垂直于所述前挡板的方向，每排中所述通孔的孔径沿远离所述前挡板的方向按预设规律逐渐减小。

作为上述工件架的优选技术方案，所述框架为由多根支撑杆围设形成的六面体结构，所述支撑杆包括多根竖直设置且形成所述六面体结构侧棱的第一支撑杆，所述框架的前侧的两根所述第一支撑杆上以及后侧的两根所述第一支撑杆上均沿所述框架的高度方向等间隔设置有若干插接凹槽，且同侧的两根所述第一支撑杆上的所述插接凹槽一一正对设置，所述插接凹槽用于插接所述射频电极板和所述接地电极板。

作为上述工件架的优选技术方案，所述工件架还包括绝缘垫块，所述绝缘垫块固定在所述第一支撑杆上，所述插接凹槽开设在所述绝缘垫块上。

作为上述工件架的优选技术方案，所述前挡板为门结构，所述门结构的一侧与所述框架枢接，所述门结构的另一侧与所述框架锁合或解锁。

作为上述工件架的优选技术方案，所述工件架还包括设置在所述容纳腔内的治具，所述治具放置于所述接地电极板上，所述治具用于承载待镀工件。

作为上述工件架的优选技术方案，所述工件架还包括共用电极板，所述射频电极板和所述接地电极板可拆卸连接于所述共用电极板上并与所述共用电极板电导通。

一种镀膜系统，包括反应室，所述反应室内设置有如上所述的工件架，所述工件架通过共用电极板可拆卸连接在所述反应室内。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

本发明提供的工件架，镀膜用药水由于前挡板的阻挡不会直接从工件架的前端面进入电极板间，而是向两侧扩散至侧板处，通过侧板上设置的通孔扩散到容纳腔的电极板之间，从而避免药水直接进入到某几层电极板之间，造成气流分布不均匀、不同层电极板上待镀工件表面膜层厚度相差较大等现象，实现了不需要通过附加装置便能提高镀膜均匀性和镀膜效率的目的，镀膜成本降低；相较于现有技术中将电极板设置在工件架外部，本发明将电极板设置于工件架内部，使得工件架和电极板相结合形成整体模块，电场均匀性提高，可以产生电场的空间利用率提高，且整体模块化结构方便装拆在反应室中。

本发明提供的镀膜系统，包括反应室，反应室内可拆卸连接有上述的工件架，能够提高镀膜效率和镀膜效果，降低镀膜成本。

附图说明

图1为本发明实施例提供的镀膜系统的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的工件架的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的框架的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的射频电极板和第一共用电极板的连接关系示意图。

图中标记如下：

10-工件架；20-反应室；201-药水口；202-泵抽口；30-药水装置；40-真空泵；

1-框架；11-第一支撑杆；111-插接凹槽；112-绝缘垫块；12-第二支撑杆；

2-侧板；21-通孔；3-前挡板；4-顶板；5-射频电极板；6-接地电极板；7-治具；8-绝缘底脚；

9-第一共用电极板；91-电极板本体；92-第一连接件；93-定位孔。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本实施例的描述中，术语“上”“下”“左”“右”等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。

本实施方式提供了一种镀膜系统，如图1所示，其包括反应室20、药水装置30及真空泵40。反应室20具有封闭式腔体，其相对的两个腔壁上分别设有药水口201和泵抽口202，药水装置30通过药水口201向反应室内部喷入镀膜用药水，真空泵40通过泵抽口202对反应室20进行抽真空。反应室20内设置有一个或多个用于承载待镀工件的工件架10，本实施方式中的反应室20内并排设置有两个工件架10。

本实施例提供的镀膜系统可以为PECVD镀膜系统，也可以为采用其他原理进行镀膜的镀膜系统，且镀膜系统可以用于进行防水膜、隔离膜或其他类型薄膜的镀膜加工。在发明中，反应室20、药水装置30、真空泵40等的设置可参考现有技术，此非本发明的重点，本发明仅对工件架10的具体结构进行描述。

本实施方式提供了一种工件架，如图2所示，本实施例提供的工件架10主要包括框体和电极板，框体用于形成工件架10的整体外形并使工件架10具有足够的结构强度和刚度，其包括框架1、两个侧板2和前挡板3，两个侧板2分别连接于框架1的相对两侧，侧板2上开设有多个通孔21；前挡板3连接于框架1的前侧，两个侧板2和前挡板3合围形成开口背向前挡板3的容纳腔，即镀膜空间，侧板2上的通孔21与容纳腔连通，药水通过通孔21进入到电极板之间。电极板包括射频电极板5和接地电极板6，射频电极板5和接地电极板6均设置于容纳腔内，射频电极板5和接地电极板6沿框架1的高度方向间隔交替连接在框架1上。

镀膜系统的镀膜过程如下：当待镀工件装载在工件架10上后，启动真空泵40，对反应室20抽真空至反应室20达到镀膜所需预设真空度；射频电极板5和接地电极板6通电，使工件架内产生电离用电场；药水口201打开，镀膜用药水通过药水口201进入反应室20中并通过工件架10侧板2上的通孔21进入工件架10内部，在电场作用下被电离产生等离子体；等离子体作用于工件架10上的待镀工件进行镀膜。在镀膜过程中，真空泵40持续运行以维持反应室20中的真空状态，药水口201持续通入药水以保证镀膜连续性。

本实施方式中的工件架10，当工件架10设置在反应室20中时，容纳腔的开口朝向泵抽口202设置，前挡板3朝向药水口201设置。相较于现有技术该工件架10不需要通过附加装置便能实现镀膜的均匀性，在镀膜过程中，由于前挡板3的设置，使得从药水口201进入的镀膜用药水由于前挡板3的阻挡不会直接从工件架10的前端面进入电极板间，而是向两侧扩散至侧板2处，通过侧板2上设置的通孔21扩散到容纳腔的电极板之间，对接地电极板6上放置的待镀工进行镀膜，通过设置前挡板3可以避免药水直接从框体前侧进入到某几层电极板之间，从而造成气流分布不均匀、不同层电极板上待镀工件表面膜层厚度相差较大等现象，实现了不需要通过附加装置便能提高镀膜均匀性和镀膜效率的目的，镀膜成本降低；相较于现有技术中将电极板设置在工件架10外部，本实施方式将电极板设置于框架1内部，使得工件架10和电极板相结合形成整体模块，电场均匀性提高，可以产生电场的空间利用率提高，且整体模块化结构方便装拆在反应室20中。

进一步地，现有技术中的圆筒式工件架层与层之间的距离是固定的，无法兼容不同规格的工件，为解决这一技术问题，本实施方式中的射频电极板5和接地电极板6均可拆卸连接在框架1上且高度位置可调。该结构设置使得电极板间的间距可调节，从而实现同一工件架10可对不同尺寸规格的待镀工件进行镀膜的目的，提高了镀膜空间利用率以及提高了工件架10的通用性。

更进一步地，电极板水平设置在框体中，即电极板板面平行于水平面设置，相较于竖向单电极的设计，本实施方式中电极板的布置采用横向多电极设计，使得容纳腔的镀膜空间由整体被划分开，电场均匀性强。进一步优选地，接地电极板6用于承载待镀工件，接地电极板6水平设置的方式使得待镀工件可直接放置于接地电极板6上，而无须在接地电极板6上设计卡槽，节省空间，简化结构。

具体地，两个侧板2与框架1采用螺钉等可拆卸连接方式连接。通过该结构设置，使工件架10易于安装和拆卸，且框架1能够提高工件架10的整体结构强度和刚度。

具体地，如图3所示，本实施方式中的框架1为由多根支撑杆围设形成的六面体结构，支撑杆包括多根竖直设置且形成六面体结构侧棱的第一支撑杆11，以及多根水平设置且形成六面体结构顶边和底边的第二支撑杆12，两个侧板2和前挡板3分别位于框架1的三个侧面上。为提高工件架10的组装和拆卸性能，优选地，相邻两根支撑杆之间采用螺栓等螺纹连接件连接。进一步地，为提高框架1与侧板2及前挡板3之间的连接性能，优选地，每根支撑杆的横截面均为矩形，以保证框架1每一面的平整性。可选地，本实施方式中的第一支撑杆11设置有四根，第二支撑杆12设置有八根，第一支撑杆11和第二支撑杆12共同围合连接形成六面体结构的框架1。在其他实施方式中，还可以设置更多数量的第一支撑杆11和第二支撑杆12，以提高工件架10的结构强度。在本实施方式中，第一支撑杆11和第二支撑杆12的材质均为金属合金。

进一步地，工件架10还包括设置在框架1顶部的顶板4，顶板4为平板结构。优选地，顶板4的四周均与对应的第二支撑杆12螺纹连接，提高工件架10的可拆卸性能及连接稳定性。通过设置顶板4，能进一步使真空泵40作用的范围集中于容纳腔内部，减小真空泵40对未进入容纳腔内等离子体或镀膜用药水的抽吸概率，提高真空泵40的利用效率，提高容纳腔内部的流场均匀性，从而提高镀膜效果。

在本实施方式中，待镀工件从框架的前侧放入容纳腔中。为便于待镀工件的取放，前挡板3优选设为门结构，其可通过相对框架1的开合露出或封闭容纳腔，当进行镀膜时，前挡板3处于关闭状态，当需要取放待镀工件时，前挡板3处于打开状态。该结构设置方便待镀工件的取放，提高了上料效率，节省相邻两次镀膜所需时间，从而提高镀膜效率。具体地，门结构的一侧与框架1前侧的一根第一支撑杆11枢接，门结构的另一侧与另一根第一支撑杆11锁合或解锁。

为进一步提高镀膜效率和均匀性，侧板2上沿高度方向等间隔设置有多排通孔21，且每排中相邻两个通孔21的间距相等，能够进一步提高药水扩散的均匀性，从而进一步提高镀膜均匀性。

进一步优选地，在本实施方式中，沿垂直于前挡板3的方向，侧板2上的通孔21的孔径沿远离前挡板3的方向按预设规律逐渐减小，即从侧板2的前侧端面到后端面，通孔21的孔径按预设规律逐渐减小。该结构下，药水从反应室20的药水口201扩散进入时，先到达侧板2的前端面，此时通孔21的孔径大，药水能更多的通过通孔21进入到容纳腔内，在电场作用下成为等离子体；由于镀膜过程中外部的真空泵40持续运行，由于压差的原因，药水会被从前端面向后端面抽离，通孔21孔径减小，药水不易被抽离，因此药水在后端面处的电极板间的停留时间变长，使得待镀工件前后部分的膜层厚度尽量一致，从而提高了镀膜效率和均匀性。在本实施方式中，药水在前挡板3的阻挡作用下不会直接从前端面进入工件架10内部，而是从侧板2变径通孔21扩散进入电极板之间，使得药水容易进入而不易被抽离，提高等离子体的利用率，从而提高镀膜效率及均匀性。

对本实施方式提供的工件架10侧板2纵截面处在镀膜工艺时的流场力学进行有限元仿真，仿真云图表明，前端面气体流动速度大，后端面气体流动速度小，侧板2上通孔21孔径变化使得进入电极板间的药水停留时间长，提高等离子体的利用率，提高镀膜效率和均匀性，优化镀膜效果；对泵抽口202处横截面流场仿真图表明，前挡板3以及侧板2的存在使得工件架10靠近中央通道的部分有更多的药水，以及更多的气体进入到工件架10的内部，气体流动速度也较为均匀。由此可见，采用侧板2和前挡板3相互配合的结构提高了镀膜效率及膜层厚度的均匀性。

在本实施方式中，为方便电极板在框架1上的取放，电极板从容纳腔的开口处，即工件架10的后侧面可抽拉地进入或退出容纳腔。具体地，框架1上设置有插接凹槽111，插接凹槽111沿垂直于前挡板3的方向延伸，且插接凹槽111的槽宽等于电极板的板厚，使得电极板的相对两侧边可沿插接凹槽111的相对两槽壁水平滑动，能够在实现对电极板支撑的同时，使插接凹槽111作为电极板的滑轨，方便电极板的水平抽拉，提高了操作便利性。进一步优选地，框架1的前侧的两根第一支撑杆11上以及后侧的两根第一支撑杆11上均沿框架1的高度方向等间隔设置有若干插接凹槽111，且同侧的两根第一支撑杆11上的插接凹槽111一一正对设置，使得射频电极板5和接地电极板6能够从工件架10的后端面顺着插接凹槽111安装于工件架10上进行抽拉，进一步提高操作便利性。更进一步地，工件架10还包括绝缘垫块112，绝缘垫块112固定在第一支撑杆11上，上述插接凹槽111开设在绝缘垫块112上。通过设置绝缘垫块112，保证电极板与框架1之间绝缘，同时，提高框架1使用寿命。

由于第一支撑杆11沿高度方向上等间隔设置有若干插接凹槽111，因此可以通过选择不同高度的插接凹槽111放置电极板即可更改电极板之间的间距，从而实现同一工件架10对不同尺寸规格的待镀工件进行镀膜的目的，提高了工件架10内部的镀膜空间的利用率，提高了工件架10的通用性；同时，无需根据不同待镀工件设计不同极板间距的工件架10，降低了制造成本。

在本实施方式中，工件架10还包括设置在容纳腔内的治具7，治具7放置于接地电极板6上，治具7用于承载待镀工件。由于接地电极板6水平设置在容纳腔内，因此治具7可直接置于电场内部，且同一个治具7可放置不同类型的工件，治具7通用性强、结构简单，为简单托盘结构，制造成本低。

在本实施方式中，框架1的底部设置有绝缘底脚8，使得工件架10与反应室20之间为绝缘连接。进一步地，绝缘底脚8凸出框架1底端设置，以保证绝缘效果。可选地，绝缘底脚8为圆饼形结构，但可以理解的是，本实施方式对绝缘底脚8的形状并不作具体限制，其还可以为方块形或不规则形状，只要底面平整即可。

由于反应室20内部的工件架10有可能需要进行经常性拆卸更换，因此，本实施方式中的工件架10设计为一个独立的模块，而不是工件架10及电极板每一个部分都与反应室20直接连接。为实现此目的，工件架还包括共用电极板，射频电极板5和接地电极板6可拆卸连接于共用电极板上并与共用电极板电导通，工件架通过共用电极板可拆卸连接在反应室20内。

具体而言，共用电极板包括第一共用电极板9和第二共用电极板，射频电极板5可拆卸连接在第一共用电极板9上并与第一共用电极板9电导通，接地电极板6可拆卸连接在第二共用电极板上并与第二共用电极板电导通，工件架10通过第一共用电极板9和第二共用电极板分别连接于反应室20内的射频端和接地端。

进一步地，第一共用电极板9和第二共用电极板的结构相同，以第一共用电极板9为例，如图4所示，其包括电极板本体91，电极板本体91上沿其高度方向间隔设置有多个电极板固定孔，用于固定射频电极板5。优选地，射频电极板5的一端设有连接部，连接部上对应电极板固定孔设有连接孔，通过在连接孔和电极板固定孔中穿设第一连接件92将射频电极板5与第一共用电极板9连接。进一步优选地，电极板本体91的长度不小于工件架10的框架1中第一支撑杆11的长度，且电极板固定孔在电极板本体91上的设置间隔与第一支撑杆11上插接凹槽111的间隔相同，以满足工件架10中电极板最大安装密度时的安装需求。可选地，电极板固定孔和连接孔均为螺纹孔，第一连接件92为螺钉。第二共用电极板的结构和第一共用电极板9的结构相同，第二共用电极板和接地电极板6的连接结构与第一共用电极板9和射频电极板5的连接结构也相同，此处不再赘述。

更进一步地，电极板本体91上还间隔设置有若干定位孔93，用于穿设第二连接件将工件架10固定于反应室20中。在进行PECVD工艺时，只需将此工件架10放置于反应室20中，然后在定位孔93处拧上固定螺钉即可。更换工件架10时只需松开固定螺钉，将工件架10移出。

具体而言，在实际安装时，先在反应室20外将各电极板与工件架10组装，即，将射频电极板5和接地电极板6装入工件架10中，再将所有的射频电极板5与第一共用电极板9连接，所有的接地电极板6与第二共用电极板连接；然后将工件架10整体放入反应室20内，通过在第一共用电极板9和第二共用电极板上的定位孔93中拧紧固定螺钉将工件架10固定在反应室20中的预设位置。当需要更换工件架10时，只需拧松定位孔93中的固定螺钉即可，操作方便快捷。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种工件架，其特征在于，包括：

框架(1)；

两个侧板(2)，分别连接于所述框架(1)的相对两侧，所述侧板(2)上开设有多个通孔(21)；

前挡板(3)，连接于所述框架(1)的前侧，两个所述侧板(2)和所述前挡板(3)合围形成开口背向所述前挡板(3)的容纳腔，所述通孔(21)与所述容纳腔连通；

射频电极板(5)和接地电极板(6)，均设置于所述容纳腔内，所述射频电极板(5)和所述接地电极板(6)沿所述框架(1)的高度方向间隔交替连接在所述框架(1)上。

2.根据权利要求1所述的工件架，其特征在于，所述射频电极板(5)和所述接地电极板(6)均可拆卸连接在所述框架(1)上且高度位置可调。

3.根据权利要求1所述的工件架，其特征在于，沿所述侧板(2)的高度方向，多个所述通孔(21)分成若干排等间隔分布在所述侧板(2)上，且每排中相邻两个所述通孔(21)的间距相等。

4.根据权利要求3所述的工件架，其特征在于，沿垂直于所述前挡板(3)的方向，每排中所述通孔(21)的孔径沿远离所述前挡板(3)的方向按预设规律逐渐减小。

5.根据权利要求1所述的工件架，其特征在于，所述框架(1)为由多根支撑杆围设形成的六面体结构，所述支撑杆包括多根竖直设置且形成所述六面体结构侧棱的第一支撑杆(11)，所述框架(1)的前侧的两根所述第一支撑杆(11)上以及后侧的两根所述第一支撑杆(11)上均沿所述框架(1)的高度方向设置有若干插接凹槽(111)，且同侧的两根所述第一支撑杆(11)上的所述插接凹槽(111)一一正对设置，所述插接凹槽(111)用于插接所述射频电极板(5)和所述接地电极板(6)。

6.根据权利要求5所述的工件架，其特征在于，所述工件架还包括绝缘垫块(112)，所述绝缘垫块(112)固定在所述第一支撑杆(11)上，所述插接凹槽(111)开设在所述绝缘垫块(112)上。

7.根据权利要求1所述的工件架，其特征在于，所述前挡板(3)为门结构，所述门结构的一侧与所述框架(1)枢接，所述门结构的另一侧与所述框架(1)锁合或解锁。

8.根据权利要求1所述的工件架，其特征在于，所述工件架还包括设置在所述容纳腔内的治具(7)，所述治具(7)放置于所述接地电极板(6)上，所述治具(7)用于承载待镀工件。

9.根据权利要求1所述的工件架，其特征在于，所述工件架还包括共用电极板，所述射频电极板(5)和所述接地电极板(6)可拆卸连接于所述共用电极板上并与所述共用电极板电导通。

10.一种镀膜系统，包括反应室(20)，其特征在于，所述反应室(20)内设置有如权利要求1-9任一项所述的工件架，所述工件架通过共用电极板可拆卸连接在所述反应室(20)内。

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