CN117317035B - 一种光感传感器封装结构及其封装方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种光感传感器封装结构及其封装方法，涉及封装领域。该封装结构包括基板、光芯片、透光塑封层和遮光胶结构，光芯片电连接于基板上，透光封装层覆盖基板和光芯片；透光塑封层的外周侧面围绕设有第一台阶部，第一台阶部包括第一台阶平面和第一台阶侧面，第一台阶平面低于透光塑封层的表面，第一台阶侧面位于基板的边缘内部；基板的外周侧面围绕设有第二台阶部，第二台阶部包括第二台阶侧面和第二台阶平面，第二台阶侧面与第一台阶侧面平齐，第二台阶平面低于基板的表面；遮光胶结构覆盖设于第一台阶部和第二台阶部，遮光胶结构分别与第一台阶平面、第一台阶侧面、第二台阶侧面和第二台阶平面粘结，对透光塑封层的外部形成侧向挡光。
Description
技术领域
本发明涉及封装技术领域，特别是涉及一种光感传感器封装结构及其封装方法。
背景技术
在消费级电子产品中，广泛地应用到各种光感传感器，其主要是根据光信号来检测环境。传统的光感传感器为透明塑料加盖子的封装设计，盖子对应光芯片设有光通孔，通过盖子对四周的光信号起到遮挡屏蔽作用，以保证准确地接收正面光信号。
目前，光感传感器也出现了使用胶层挡光的封装技术。如授权公告号为CN218918899U、授权公告日为2023.04.25的中国实用新型专利公开了一种光传感封装结构，具体公开了包括基板、发光芯片、收光芯片、透光覆盖结构、挡墙结构和挡光胶层，发光芯片设置于基板的上表面且位于发光区域处，收光芯片设置于基板的上表面且位于收光区域处，透光覆盖结构设置于基板上并包覆发光芯片与收光芯片；透光覆盖结构具有开口，开口位于发光芯片与收光芯片之间，挡墙结构设置于基板上且位于开口处，挡光胶层连接挡墙结构的侧壁。
但是，现有技术中的光传感封装结构采用挡光胶层在发光芯片与收光芯片之间来遮挡侧向光，即挡光结构仅适用于传感器的内部挡光。对于外部挡光封装而言，由于光感传感器的产品尺寸小，难以利用胶层对光感传感器进行四面挡光封装，无法实现高效和高精度封装生产的目的。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种光感传感器封装结构及其封装方法，以解决光感传感器的产品尺寸小，难以利用胶层对光感传感器进行四面挡光封装，无法实现高效和高精度封装生产的目的的问题。
本发明的光感传感器封装结构的技术方案为：
光感传感器封装结构包括基板、光芯片、透光塑封层和遮光胶结构，所述光芯片电连接于所述基板的表面，所述透光封装层设置在所述基板的表面且覆盖于所述光芯片上；
所述透光塑封层的外周侧面围绕设置有第一台阶部，所述第一台阶部包括第一台阶平面和第一台阶侧面，所述第一台阶平面低于所述透光塑封层的表面，所述第一台阶侧面位于所述基板的边缘内部；
所述基板的外周侧面围绕设置有第二台阶部，所述第二台阶部包括第二台阶侧面和第二台阶平面，所述第二台阶侧面与所述第一台阶侧面平齐设置，所述第二台阶平面低于所述基板的表面；
所述遮光胶结构覆盖设置于所述第一台阶部和所述第二台阶部，所述遮光胶结构分别与第一台阶平面、第一台阶侧面、第二台阶侧面和第二台阶平面相粘结，以对所述透光塑封层的外部形成侧向挡光。
进一步的，所述第一台阶侧面与所述基板的边缘之间的距离、所述第二台阶侧面与所述基板的边缘之间的距离均等于所述遮光胶结构的侧面厚度，所述遮光胶结构的侧面厚度为0.02mm至0.8mm之间的任意尺寸。
进一步的，所述第一台阶平面与所述透光塑封层的表面之间的距离大于所述遮光胶结构的顶面厚度，所述遮光胶结构的顶面厚度≤0.5mm。
进一步的，所述遮光胶结构的侧面厚度为0.1mm至0.2mm之间的任意尺寸，所述遮光胶结构的顶面厚度为0.05mm至0.2mm之间的任意尺寸。
进一步的，所述第二台阶侧面的高度介于所述基板的厚度三分之一至所述基板的厚度三分之二的范围内。
进一步的，所述遮光胶结构为黑色树脂，所述遮光胶结构采用点胶热固化成型。
进一步的，所述遮光胶结构的固化粘结强度＞100Kg/cm2，所述遮光胶结构的热膨胀系数介于6.0×10-5cm/cm/℃至16.0×10-5cm/cm/℃之间的任意大小。
本发明的光感传感器封装结构的封装方法的技术方案为：
光感传感器封装结构的封装方法，其包括以下步骤：
S1、在整片基板上安装多个光芯片，将多个光芯片分别与整片基板的引脚电连接；
S2、将整片基板置于模具中，使用透明环氧树脂覆盖整片基板和光芯片的表面，固化形成整片透光塑封层，得到了整片光感传感器半成品；
S3、将整片光感传感器半成品置于切割设备上，以相邻单颗光感传感器半成品之间的边界为路径进行开槽，在透光塑封层上开出T型槽，且T型槽的底部位于整片基板中；
发明具有对应单颗光感传感器半成品的透光塑封层的第一台阶部，以及对应单颗光感传感器半成品的基板的第二台阶部；
S4、将开有T型槽的整片光感传感器半成品置于点胶设备上，控制点胶设备对T型槽进行逐层点胶，确保遮光胶先填满T型槽的竖向槽段，然后填充至T型槽的水平槽段且遮光胶低于透光塑封层的表面高度；
S5、对遮光胶进行固化成型，将整片光感传感器半成品置于切割设备上，以相邻单颗光感传感器半成品之间的边界为路径进行切割，且切割损耗的宽度小于T型槽的竖向槽段的宽度，从而得到多个外周侧面具有遮光胶结构的光感传感器成品。
进一步的，在步骤S3中，先将整片光感传感器半成品与切割设备的刀具进行定位，定位后启动切割设备，先在整片透光塑封层和整片基板上开出竖向槽段；对整片光感传感器半成品完成竖向槽段的开槽工序后，再在整片透光塑封层上开出水平槽段，竖向槽段与水平槽段连通构成发明。
进一步的，在步骤S4中，采用黑色树脂作为遮光胶，其流体状态下的比重为1.32，粘度为175000±25000cps，摇变系数为3.2，遮光胶的粒径＜20μm；
控制点胶设备的出胶压强为10ps i至15ps i之间的任意大小，出胶速度为1000点/s至3000点/s之间的任意大小，整片光感传感器半成品相对于点胶头的运动速度为10mm/s至50mm/s之间的任意大小；
先向整片光感传感器半成品的T型槽的竖向槽段中点胶槽深1/3的胶量，完成槽深1/3的整片点胶工序；返回至起始的点胶位置，再向整片光感传感器半成品的T型槽的竖向槽段中点胶槽深1/3的胶量，重复上述工序，直至填满T型槽的竖向槽段且填充至T型槽的水平槽段。
本发明的光感传感器封装结构及其封装方法，与现有技术相比，其有益效果：该光感传感器封装结构采用了基板、光芯片、透光塑封层和遮光胶结构的设计形式，光芯片电连接于基板的表面，透光塑封层设置在基板的表面且覆盖于光芯片上，通过透光塑封层对光芯片起到电气保护的作用。透光塑封层的外周侧面围绕设置有第一台阶部，基板的外周侧面围绕设置有第二台阶部，第一台阶部和第二台阶部粘结有遮光胶结构，遮光胶结构围绕覆盖于透光塑封层的外周侧面，可有效遮挡外部的侧向光信号，避免了侧向光信号对光感传感器产生信号干扰。
由于第一台阶部和第二台阶部的存在，且第一台阶侧面和第二台阶侧面均位于基板的边缘内部，制作过程中多个光感传感器半成品的基板为整片状态时，多个光感传感器半成品的透光塑封层为开槽状态。向槽中点胶，遮光胶先填满第二台阶侧面和第一台阶侧面对应的空间，能够确保遮光胶完全粘结覆盖在第一台阶侧面和第二台阶侧面上；然后，继续点胶使遮光胶溢流至第一台阶平面上，避免多余的遮光胶直接溢流至透光塑封层的表面而影响正面光信号的准确收发，溢流至第一台阶平面上的遮光胶还能对顶部外周的光信号起到遮挡屏蔽作用，降低了点胶量的控制难度，保证了遮光胶点胶位置的精确度。
另外，第一台阶部的第一台阶侧面与第二台阶部的第二台阶侧面相平齐，在点胶完成后进行固化工序，固化后的遮光胶可沿相邻两个光感传感器半成品的边界分割，即可得到外周侧面和顶部外周具有完整遮光胶结构的光感传感器成品。对于小尺寸的光感传感器产品，利用两个台阶部使相邻光感传感器之间构成凹槽，并结合点胶、固化以及分割工序，可对光感传感器起到四面挡光封装的作用，实现了高效和高精度封装生产的目的。
附图说明
图1为本发明实施例中光感传感器封装结构(省去遮光胶结构时)的截面示意图；
图2为本发明实施例中光感传感器封装结构的成品截面示意图；
图3为本发明实施例中光感传感器封装结构的封装方法-步骤S1整片基板和光芯片的示意图；
图4为本发明实施例中光感传感器封装结构的封装方法-步骤S2整片光感传感器半成品的示意图；
图5为本发明实施例中光感传感器封装结构的封装方法-步骤S3整片光感传感器半成品的示意图；
图6为本发明实施例中光感传感器封装结构的封装方法-步骤S4整片光感传感器半成品点胶过程中的示意图；
图7为本发明实施例中光感传感器封装结构的封装方法-步骤S4整片光感传感器半成品点胶完成时的示意图；
图8为本发明实施例中光感传感器封装结构的封装方法-步骤S5切割得到光感传感器成品的示意图。
图中：1-基板、10-第二台阶部、101-第二台阶侧面、102-第二台阶平面、2-光芯片、20-引线、3-透光塑封层、30-第一台阶部、301-第一台阶平面、302-第一台阶侧面、4-遮光胶结构、5-点胶设备、1a-整片基板、3a-整片透光塑封层、31a-T型槽。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
本发明实施例一种光感传感器封装结构，如图1、图2所示，光感传感器封装结构包括基板1、光芯片2、透光塑封层3和遮光胶结构4，光芯片2电连接于基板1的表面，透光塑封层3设置在基板1的表面且覆盖于光芯片2上；透光塑封层3的外周侧面围绕设置有第一台阶部30，第一台阶部30包括第一台阶平面301和第一台阶侧面302，第一台阶平面301低于透光塑封层3的表面，第一台阶侧面302位于基板1的边缘内部。
基板1的外周侧面围绕设置有第二台阶部10，第二台阶部10包括第二台阶侧面101和第二台阶平面102，第二台阶侧面101与第一台阶侧面302平齐设置，第二台阶平面102低于基板1的表面；遮光胶结构4覆盖设置于第一台阶部30和第二台阶部10，遮光胶结构4分别与第一台阶平面301、第一台阶侧面302、第二台阶侧面101和第二台阶平面102相粘结，以对透光塑封层3的外部形成侧向挡光。
该光感传感器封装结构采用了基板1、光芯片2、透光塑封层3和遮光胶结构4的设计形式，光芯片2电连接于基板1的表面，透光塑封层3设置在基板1的表面且覆盖于光芯片2上，通过透光塑封层3对光芯片2起到电气保护的作用。透光塑封层3的外周侧面围绕设置有第一台阶部30，基板1的外周侧面围绕设置有第二台阶部10，第一台阶部30和第二台阶部10粘结有遮光胶结构4，遮光胶结构4围绕覆盖于透光塑封层3的外周侧面，可有效遮挡外部的侧向光信号，避免了侧向光信号对光感传感器产生信号干扰。
制作过程中多个光感传感器半成品的基板1为整片状态时，由于第一台阶部30和第二台阶部10的存在，且第一台阶侧面302和第二台阶侧面101均位于基板1的边缘内部，多个光感传感器半成品的透光塑封层3为开槽状态。向槽中点胶，遮光胶先填满第二台阶侧面101和第一台阶侧面302对应的空间，能够确保遮光胶完全粘结覆盖在第一台阶侧面302和第二台阶侧面101上；然后，继续点胶使遮光胶溢流至第一台阶平面301上，避免多余的遮光胶直接溢流至透光塑封层3的表面而影响正面光信号的准确收发，溢流至第一台阶平面301上的遮光胶还能对顶部外周的光信号起到遮挡屏蔽作用，降低了点胶量的控制难度，保证了遮光胶点胶位置的精确度。
另外，第一台阶部30的第一台阶侧面302与第二台阶部10的第二台阶侧面101相平齐，在点胶完成后进行固化工序，固化后的遮光胶可沿相邻两个光感传感器半成品的边界分割，即可得到外周侧面和顶部外周具有完整遮光胶结构4的光感传感器成品。对于小尺寸的光感传感器产品，利用两个台阶部使相邻光感传感器之间构成凹槽，并结合点胶、固化以及分割工序，可对光感传感器起到四面挡光封装的作用，实现了高效和高精度封装生产的目的。
其中，第一台阶侧面302与基板1的边缘之间的距离、第二台阶侧面101与基板1的边缘之间的距离均等于遮光胶结构4的侧面厚度，遮光胶结构4的侧面厚度为0.02mm至0.8mm之间的任意尺寸。并且，第一台阶平面301与透光塑封层3的表面之间的距离大于遮光胶结构4的顶面厚度，遮光胶结构4的顶面厚度≤0.5mm。作为进一步的优选方案，遮光胶结构4的侧面厚度为0.1mm至0.2mm之间的任意尺寸，遮光胶结构4的顶面厚度为0.05mm至0.2mm之间的任意尺寸。
具体的，遮光胶结构4的侧面厚度为0.2mm，遮光胶结构4的顶面厚度为0.1mm，这两种厚度的遮光胶能够起到有效遮挡外部光信号的作用。在其他实施例中，为了满足不同的使用需求，根据遮光胶的材料屏蔽特性，遮光胶结构的侧面厚度还可为0.05mm、0.1mm、0.3mm、0.4mm、0.6mm或者0.8mm，再或者是0.02mm至0.8mm之间的其它任意尺寸；相应的，遮光胶结构的顶面厚度还可为0.01mm、0.03mm、0.05mm、0.2mm或者0.4mm，再或者为≤0.5mm的其它任意尺寸。
第二台阶平面102的高度介于基板1的厚度三分之一至基板1的厚度三分之二的范围内。作为进一步的优选方案，第二台阶平面102的高度等于基板1的厚度二分之一，即开槽深度等于透光塑封层3的厚度与基板1的厚度二分之一之和。在保证基板处于整片的情况下，遮光胶不仅覆盖整个透光塑封层3的外周侧面，而且还覆盖基板1的厚度一半的外周侧面，从而确保透光塑封层3的外侧不存在缝隙导致光信号干扰。
在本实施例中，遮光胶结构4为黑色树脂，遮光胶结构4采用点胶热固化成型。遮光胶结构4的固化粘结强度＞100Kg/cm2，确保了遮光胶结构4与第一台阶部30、第二台阶部10之间的牢固粘结，防止在分割过程中遮光胶结构4出现剥离脱落的情况，保证了侧面挡光封装的可靠性。而且，遮光胶结构4的热膨胀系数介于6.0×10-5cm/cm/℃至16.0×10-5cm/cm/℃之间的任意大小，避免了热膨胀系数过大而影响遮光胶的粘结稳定性。
本发明实施例一种光感传感器封装结构的封装方法，其包括以下步骤：
S1、在整片基板1a上安装多个光芯片2，如图3所示，将多个光芯片2分别与整片基板1a的引脚电连接。具体的，采用引线键合方式将多个光芯片2与整片基板1a进行电连接，并且相邻两个光芯片2之间预留有一定宽度的间隔，预留间隔既能满足遮光胶充分填充的要求，又确保了实施分割时不会损坏光芯片2和遮光胶结构4。
S2、将整片基板1a置于模具中，使用透明环氧树脂覆盖整片基板1a和光芯片2的表面，固化形成整片透光塑封层3a，如图4所示，得到了整片光感传感器半成品。透明环氧树脂经过热固化形成了整片透光塑封层3a，不仅能够供光信号顺利地通过，还能对光芯片2起到电气保护的作用。
S3、将整片光感传感器半成品置于切割设备上，以相邻单颗光感传感器半成品之间的边界为路径进行开槽，如图5所示，在透光塑封层3上开出T型槽31a，且T型槽31a的底部位于整片基板1a中。作为进一步的优选方案，以相邻单颗光感传感器半成品之间的中线为路径进行开槽，开出的T型槽31a具有对应单颗光感传感器半成品的透光塑封层3的第一台阶部30，以及对应单颗光感传感器半成品的基板1的第二台阶部10。
在步骤S3中，先将整片光感传感器半成品与切割设备的刀具进行定位，定位后启动切割设备，先在整片透光塑封层3a和整片基板1a上开出竖向槽段；对整片光感传感器半成品完成竖向槽段的开槽工序后，再在整片透光塑封层3a上开出水平槽段，竖向槽段与水平槽段连通构成T型槽31a。竖向槽段的开槽定位精度高，确保了遮光胶结构4的位置准确度，对水平槽段进行开槽时对准竖向槽段即可，降低了开槽定位的难度。
S4、将开有T型槽31a的整片光感传感器半成品置于点胶设备5上，如图6所示，控制点胶设备5对T型槽31a进行逐层点胶，确保遮光胶先填满T型槽31a的竖向槽段，然后填充至T型槽31a的水平槽段且遮光胶低于透光塑封层3的表面高度，如图7所示。
在本实施例中，步骤S4采用黑色树脂作为遮光胶，其流体状态下的比重为1.32，粘度为175000±25000cps，摇变系数为3.2，遮光胶的粒径＜20μm；控制点胶设备5的出胶压强为10ps i至15ps i之间的任意大小，出胶速度为1000点/s至3000点/s之间的任意大小，整片光感传感器半成品相对于点胶头的运动速度为10mm/s至50mm/s之间的任意大小。出胶速度、运动速度和T型槽尺寸的精确配合，遮光胶的流动性好，保证了遮光胶均匀紧密地填充在T型槽31a中。
点胶顺序为：先向整片光感传感器半成品的T型槽31a的竖向槽段中点胶槽深1/3的胶量，完成槽深1/3的整片点胶工序后；返回至起始点胶位置，再向整片光感传感器半成品的T型槽31a的竖向槽段中点胶槽深1/3的胶量，重复上述工序，直至填满T型槽31a的竖向槽段且填充至T型槽31a的水平槽段。整板分层点胶的好处为：从前向后点胶的过程中，后续点胶操作为前面的点胶留出了流动填充和初步固化的时间，确保了前面的遮光胶填充到位，以逐层形成紧密的遮光胶结构4。
S5、对遮光胶进行固化成型，将整片光感传感器半成品置于切割设备上，如图8所示，以相邻单颗光感传感器半成品之间的边界为路径进行切割，且切割损耗的宽度小于T型槽31a的竖向槽段的宽度，从而得到多个外周侧面具有遮光胶结构4的光感传感器成品。其中，遮光胶结构4采用热固化成型，其固化粘结强度＞100Kg/cm2，确保了遮光胶结构4与第一台阶部30、第二台阶部10之间的牢固粘结，防止在分割过程中遮光胶结构4出现剥离脱落的情况，保证了侧面挡光封装的可靠性。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种光感传感器封装结构，其特征是，包括基板、光芯片、透光塑封层和遮光胶结构，所述光芯片电连接于所述基板的表面，所述透光塑封层设置在所述基板的表面且覆盖于所述光芯片上；
所述透光塑封层的外周侧面围绕设置有第一台阶部，所述第一台阶部包括第一台阶平面和第一台阶侧面，所述第一台阶平面低于所述透光塑封层的表面，所述第一台阶侧面位于所述基板的边缘内部；
所述基板的外周侧面围绕设置有第二台阶部，所述第二台阶部包括第二台阶侧面和第二台阶平面，所述第二台阶侧面与所述第一台阶侧面平齐设置，所述第二台阶平面低于所述基板的表面；
所述遮光胶结构覆盖设置于所述第一台阶部和所述第二台阶部，所述遮光胶结构分别与第一台阶平面、第一台阶侧面、第二台阶侧面和第二台阶平面相粘结，以对所述透光塑封层的外部形成侧向挡光；
所述第一台阶侧面与所述基板的边缘之间的距离、所述第二台阶侧面与所述基板的边缘之间的距离均等于所述遮光胶结构的侧面厚度，所述遮光胶结构的侧面厚度为0.02mm至0.8mm之间的任意尺寸；
所述第一台阶平面与所述透光塑封层的表面之间的距离大于所述遮光胶结构的顶面厚度，所述遮光胶结构的顶面厚度≤0.5mm；
所述遮光胶结构为黑色树脂，所述遮光胶结构采用点胶热固化成型；
所述遮光胶结构的固化粘结强度＞100Kg/cm2，所述遮光胶结构的热膨胀系数介于6.0×10-5cm/cm/℃至16.0×10-5cm/cm/℃之间的任意大小。
2.根据权利要求1所述的光感传感器封装结构，其特征是，所述遮光胶结构的侧面厚度为0.1mm至0.2mm之间的任意尺寸，所述遮光胶结构的顶面厚度为0.05mm至0.2mm之间的任意尺寸。
3.根据权利要求1所述的光感传感器封装结构，其特征是，所述第二台阶侧面的高度介于所述基板的厚度三分之一至所述基板的厚度三分之二的范围内。
4.一种用于权利要求1所述的光感传感器封装结构的封装方法，其特征是，包括以下步骤：
S1、在整片基板上安装多个光芯片，将多个光芯片分别与整片基板的引脚电连接；
S2、将整片基板置于模具中，使用透明环氧树脂覆盖整片基板和光芯片的表面，固化形成整片透光塑封层，得到了整片光感传感器半成品；
S3、将整片光感传感器半成品置于切割设备上，以相邻单颗光感传感器半成品之间的边界为路径进行开槽，在透光塑封层上开出T型槽，且T型槽的底部位于整片基板中；
发明具有对应单颗光感传感器半成品的透光塑封层的第一台阶部，以及对应单颗光感传感器半成品的基板的第二台阶部；
S4、将开有T型槽的整片光感传感器半成品置于点胶设备上，控制点胶设备对T型槽进行逐层点胶，确保遮光胶先填满T型槽的竖向槽段，然后填充至T型槽的水平槽段且遮光胶低于透光塑封层的表面高度；
S5、对遮光胶进行固化成型，将整片光感传感器半成品置于切割设备上，以相邻单颗光感传感器半成品之间的边界为路径进行切割，且切割损耗的宽度小于T型槽的竖向槽段的宽度，从而得到多个外周侧面具有遮光胶结构的光感传感器成品。
5.根据权利要求4所述的光感传感器封装结构的封装方法，其特征是，在步骤S3中，先将整片光感传感器半成品与切割设备的刀具进行定位，定位后启动切割设备，先在整片透光塑封层和整片基板上开出竖向槽段；对整片光感传感器半成品完成竖向槽段的开槽工序后，再在整片透光塑封层上开出水平槽段，竖向槽段与水平槽段连通构成发明。
6.根据权利要求4所述的光感传感器封装结构的封装方法，其特征是，在步骤S4中，采用黑色树脂作为遮光胶，其流体状态下的比重为1.32，粘度为175000±25000cps，摇变系数为3.2，遮光胶的粒径＜20μm；
控制点胶设备的出胶压强为10psi至15psi之间的任意大小，出胶速度为1000点/s至3000点/s之间的任意大小，整片光感传感器半成品相对于点胶头的运动速度为10mm/s至50mm/s之间的任意大小；
先向整片光感传感器半成品的T型槽的竖向槽段中点胶槽深1/3的胶量，完成槽深1/3的整片点胶工序；返回至起始的点胶位置，再向整片光感传感器半成品的T型槽的竖向槽段中点胶槽深1/3的胶量，重复上述工序，直至填满T型槽的竖向槽段且填充至T型槽的水平槽段。
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