CN1398447A - 高速压力安装连接器 - Google Patents

Abstract

描述了一种与印刷电路板一起使用的高速、高密度的电连接器。这种连接器由一个加强板支撑的层板组件制成。每个层板包括两片：第一片支撑着信号导线和接地导线；而第二片支撑着信号导线。尽管还介绍了其它的一些配置，所介绍的实施例主要针对传输差分信号进行设置。信号导线针对差分信号成对安装。这两片层板被连接在一起，使得信号对由附近的信号导线的宽面形成。该连接器至少与一个采用压力安装接触的电路板相连。

Description

高速压力安装连接器

背景技术

电连接器被用于许多电子系统。通常在一些将由电连接器连接起来的印刷电路板上制造一个系统会更容易也更经济。传统的将几块电路板连接起来的方法要用一块印刷电路板作为底板。其它被称为子插件板的印刷电路板则通过这块底板连接。

传统的底板是一块有许多连接器的印刷电路板。印刷电路板内的导线与连接器内的信号针相连，这样信号可以在连接器之间传输。子插件板也包括插入底板上的连接器中的连接器。这样，信号通过底板在子插件板之间传输。子插件板通常垂直插入底板。用作这些用途的连接器有一个直角的弯曲并被称为“直角连接器”。

在其它的配置中，连接器也被用来使印刷电路板互相连接，甚至被用来连接电缆和印刷电路板。有时，一块或几块小印刷电路板与另一些更大的印刷电路板相连。更大的印刷电路板被称为“母板”，而那些插入母板的印刷电路板则被称为子插件板。而且，同样尺寸的电路板有时平行排列。用于这些用途的连接器有时被称为“堆垛式连接器”或“多层架构(mezzanine)连接器”。

不考虑确切的应用，电连接器的设计通常需要反映电子工业的趋势。电子系统通常变得越来越小也越来越快。它们处理的数据也比几年前制造的系统更多。这些趋势意味着电连接器必需在一个更小的空间内更快、更多地传输数据信号，而不会使信号减弱。

通过将连接器内的信号接片排得更近，可以制成在更小的空间内传输更多的数据的连接器。这种连接器被称为“高密度连接器”。将信号接片排得更近的困难在于信号接片之间有电磁耦合。随着信号接片排得更近，电磁耦合增加。电磁耦合还会随着信号速度的增加而增加。

在一个导体内，通过测量连接器的“交扰”来表示电磁耦合。通常通过将一个信号放在一个或多个信号接片上，然后测量与另一个信号接片耦合的信号的数量，就能测得交扰。选择哪个信号接片来测量交扰以及与另一个信号接片的连接将会影响交扰测量的数值。但是，任何可靠的交扰测量将会显示：随着信号速度的增加以及信号接片排得更近，交扰增加。

传统的减少交扰的方法是在信号针的场内将信号针接地。这种方法的缺点为：它减少了连接器的有效信号密度。

为了制成一种高速且高密度的连接器，连接器设计者们已经在信号接片之间插入了屏蔽件。这些屏蔽减少了信号接片之间的电磁耦合，从而阻遏了更近距离的信号或更高频的信号的效应。如果结构合理，屏蔽还可以通过连接器控制信号通道的阻抗，这也能够提高连接器所传输的信号的完整性。

在1974年2月15日授权给Fujitsu公司的日本专利公报49-6543中，介绍了一种屏蔽的早期用法。转让给AT&T贝尔实验室的美国专利4,632,476和4,806,107中也介绍了连接器的设计，其中在信号接片列中使用了屏蔽。这些专利都介绍了连接器，其中屏蔽与通过子插件板和底板连接器的信号接片平行。悬臂梁用于完成屏蔽和底板连接器之间的电连接。转让给Framatome Connectors International的专利5,433,617；5,429,521；5,429,520以及5,433,618展示了相似的结构。但底板和屏蔽之间的电连接是通过一种弹性接触实现的。

其它的连接器只在子插件板连接器中有屏蔽板。可以在转让给AMP公司的专利4,846,727；4,975,084；5,496,183以及5,066,236中找到这种连接器的设计实例。在转让给Teradyne公司的美国专利5,484,310中展示了另一种只在子插件板连接器中有屏蔽的连接器。

转让给Teradyne公司的专利09/156,227(在此作为参照)展示了一种电路板连接器。该连接器由两个相同的一半组成。每一半包括一个绝缘外壳、一个接地插入和一列信号接片。这两半被安装在第一印刷电路板的相对的两侧。多个信号接片从绝缘外壳的第一表面开始延伸，并与第一电路板相连。这些信号接片从绝缘外壳的第二表面开始延伸，穿过绝缘外壳，并被弯曲以形成弹性接触。然后通过把弹性接触压入第二电路板上的信号接片焊盘，可以把连接器安装到一块第二电路板上。这样就完成了第一和第二电路板之间的信号通道。

新罕布什尔州的Nashua的Teradyne Connection Systems提出了一种制造连接器系统的模块式方法。在一种称为HD+的连接器系统中，在一个金属加强板上装有多个信号接片模块或信号接片列。典型地，在每个模块中有15到20个这样的信号接片列。由连接器的模块性衍生出一种更灵活的结构，使得无需针对某一特殊用途的连接器制作专门的工具或机器。而且，许多更大的非模块型连接器会出现的公差问题也可能得以避免。

最近Teradgne，Inc.又提出一种这样的模块型连接器，在美国专利5,980,321和5,993,259(在此作为参考)中对其进行了说明。这些专利的受让人以VHDM^TM的商标出售了一款商用实施例。

这些专利展示了一种分为两部分的连接器。连接器的子插件板部分包括安装在一个金属加强板上的多个模块。此处，每个模块由两块层板组成，一片接地层板和一片信号层板。底板连接器，或接脚插座，包括多列具有多个底板屏蔽的信号针，这些底板屏蔽位于相邻的信号针列之间。

在专利申请09/199,126(在此作为参照)中对模块型连接器的另一种变化进行了介绍。该专利的受让人Teradyne公司以VHDM-HSD的商标将这一款商用实施例出售。该专利介绍的模块型连接器与VHDM^TM连接器相似，也是安装在一个加强板上，每个模块由两块层板组成。但该专利中展示的层板具有成对的信号接片。这些接触对被安排用来提供不同的信号。成对的信号接片彼此间的间距要小于其与邻近的另一对信号接片中的任何一个的间距。

发明内容

正如发明背景中所描述的，更高速和更高密度的连接器必需跟上电子系统工业的趋势。但是，针对某种应用设计的底板的几何尺寸所造成的限制减少了连接器所能采用的可能的解决方法。

例如，厚而大的底板使得一些表面安装连接器不切实际，因为电路板中的层数阻碍了将电路板的温度上升到将铅焊接到电路板上所必需的温度。压力安装连接器需要更大的通孔。随着通孔直径的增大，通孔的电容也随之增大，从而使得连接器与底板上传输线的阻抗特性的阻抗匹配更困难。而且，更大的通孔占用的底板空间也更大，而这些空间或者可以用于容纳用来控制导电损失的更宽的信号线。

下文中介绍的一种连接器方案提供了一种高速、高密度压力安装连接器。该连接器包括悬挂在一个组件上的多个层板，该组件提供了层板有组织的外观。在一个被说明的实施例中，该组件以金属加强板的形式出现。

在一优选实施例中，这些层板包括两半：第一半包括信号导线和接地导线；另二半只包括信号导线。当这两半连接起来时，即形成一个单独的层板，其中信号导线成对安装，在优选实施例中，这些信号导线用来提供差分信号。接地导线靠近差分信号对设置。导线末端被定为第一端，作为与底板表面上的信号线和接地线接触的压力安装接触。通过这种设计，底板上的信号线和接地线可以采用更小直径的通孔。

附图说明

通过下文中对一种高速压力安装连接器更具体的描述，本发明的上述的和其它的目的、特点以及优点将一目了然，如附图所示，其中，在所有不同的视图中，相同的标注字符代表相同的部件。为了使说明简洁，附图并不是按比例绘制的，重点在于说明本发明的原理。

图1为依据本发明的一个实施例制造的一个连接器的分解图。

图2a为图1中的层板的透视图。

图2b为图2a中的层板的平面图。

图3为图1中的层板的第一半的信号线和接地线的结构图。

图4为图1中的层板的第二半的信号线的结构图。

图5为图1中的层板的压力安装接触的透视图。

图6为图1中的引线保护器。

图7为图1中的引线保护器的另一个实施例。

图8为用来与图5中的压力安装接触相连的底板所占区域的平面图。

具体实施方式

参看图1，展示了依据本发明的一个实施例制造的一个连接器100的分解图。该连接器100被设计用来在一块第一电路板20和一块第二电路板22之间传输多个信号。在一优选实施例中，连接器100被压力安装在与第一电路板20相连的连接器100的第一边缘上，第一电路板20通常是作为底板。连接器在第二边缘与通常作为子插件板的第二电路板22相连。

连接器100包括多个由一个金属加强板12支撑的层板10。加强板12是一块成型的固体金属。更适宜地，加强板由挤压成型的铝制成。为了把层板10固定住，加强板12靠着层板10，并有一个工具用来使加强板12的边缘12a、12b沿着层板10滚动，以便固定层板10并与层板10相连。

在另一个实施例(未画出)中，加强板12由不锈钢冲压成型，并包括将层板10固定在所需的位置上而不会旋转的功能部件。例如，在加强板12的长度方向上有重复系列的孔。为了将层板10贴在这种加强板上，这种实施例中的相应的层板10包括一些功能部件：在插入加强板12内的孔隙的层板10的两条邻边上，典型地具有突起或插孔的形式。在美国专利5,980,321中介绍了这种实施例。

在一优选实施例中，每个层板10包括两半10a、10b。这两半10a、10b包括一个由绝缘材料制成的外壳14。合适的绝缘材料为塑料，如液晶聚合物(LCP)、聚苯硫醚(polyphengline sulfide，PPS)、高温尼龙或一些其它的抗高温、能制成有薄壁的形状的合适绝缘材料。

10a、10b这两半被机械连接。在一个实施例中，每个层板都有按扣功能部件连接。可以用干涉配合连接代替按扣连接。或者，可以用针或铆钉穿过层板将它们固定起来。也可用黏合剂将层板机械固定起来。或者，可以将层板上的塑料黏结从而将层板固定在一起。

在所述的实施例中，在每个层板的每一半的内壁上有一系列的支柱24和孔洞26，以便使两半能相连并固定住。层板的两半10a、10b的支柱24和孔洞26的结构彼此位置相反，使得当对应的结构被压在一起时能彼此匹配。

例如，此处，所展示的层板的第一半10a包括在其内表面的右上角和左下角处的一个支柱24。从层板的第一半10a的左上部开始、到层板的另一半10b的右底部结束的一条对角线包括三个孔26。在层板的第二半10b的内表面上对应于第一半层板10a形成支柱24的匹配位置上设置有孔26。相应地，支柱24位于层板的第二半10b上在层板的第一半10a内形成孔洞26的匹配位置上。当和层板的第一半和第二半10a、10b匹配时，支柱24位于孔洞26内，从而将层板的第一半10a与层板的第二半10b连接起来。

将结合附图2A介绍将层板的两半10a、10b连接起来的另一种方法。

如上文所述，外壳14由绝缘材料制成，即，在优选实施例中，在多个导电元件16、18的周围嵌物模塑。

位于层板10的第一半10a的绝缘外壳14内的导电元件16、18是多个信号接片16和多个接地接片18。信号接片16从层板10的第一和第二边缘开始延伸，终止于多个接地接片末端50、56。相似地，接地接片18也从层板10的第一和第二边缘开始延伸，终止于多个接地接片末端52、58。

多个信号接片16位于层板的第二半10b的绝缘外壳14内。信号接片16从层板10的第二半10b的第一和第二边缘开始延伸，并终止于多个信号接片末端50、56。

从层板10的第一边缘开始延伸的信号接片末端50和接地接片末端52分别与位于第一电路板20表面上的信号线44和接地线46相接触。从层板10的第二边缘开始延伸的信号接片末端56和接地接片末端58分别与位于第二电路板22表面上的信号线40和接地线42相接触。

如图1所示，连接器100还包括一个引线保护器28。引线保护器28由绝缘材料制成，如塑料。此处，引线保护器28与多个层板10的底部咬合以保护从层板10的第一边缘开始延伸的信号接片末端50在使用或其它操作中不被破坏。

此处，引线保护器28包括四壁和一个凹陷的底部。在引线保护器28的每两面相对的壁的上表面边缘上有一对由绝缘材料制成的钩子30。这些钩子30被插入到层板10的下边缘上的孔32a、32b中。如图1所示，这些孔隙32a、32b位于每个层板10上，使得在成型过程中，单个的模子能用于每个层板10。

在引线保护器28凹陷的底部上是孔48的图案，该图案与第一电路板20的表面上的信号线44和接地线46所形成的图案相同。信号接片末端50和接地接片末端52通过孔48与第一电路板20上的信号线44和接地线46接触。

从层板10的第一边缘开始延伸的信号接片末端50和接地接片末端52被压力安装接触。即，形成接触末端50、52是为了在连接器100和第一电路板20之间提供一个弹性接触。为了提供可靠的电接触，在子插件板上施加了一个力以便挤压压力安装接触并在接触末端50、52和第一电路板20上的接地线46和信号线44之间施加一个弹力。

在一实施例中，连接器100被安装在子插件板22上，并且底板20被包括在一个插件框架系统中。典型地，插件框架系统有子插件板的导轨，以确保它们与底板上的连接器正确相连。插件框架组件中所使用的典型的子插件板具有固定用的锁定杠杆。采用锁定杠杆能产生将连接器100压向底板20所需的力。

在一优选实施例中，起重螺纹(未画出)穿过了一个沿着连接器100长度方向上的、位于加强板12上方的附加加强板(未画出)。起重螺纹穿过底板22上的孔洞(未画出)，进入底板背面的一根具有带螺纹的孔洞的钢梁(未画出)。当向下拧紧时，起重螺纹将附加加强板压入连接器100，迫使信号接片末端50和接地接片末端52压在底板20上的信号线44和接地线46上。可以调整起重螺纹以产生所需的力，而不受印刷电路板20、22的加工公差的影响。

参看图2A，展示了图1中的层板10的一个组件。信号接片末端56经过调整被压入底板20内带孔的信号线40。信号孔通过与底板20内的信号线相连的孔被镀上金属。相似地，接地接片末端58经过调整被压入底板20内带孔的接地线58。接地孔洞通过与底板20内的接地线相连的孔洞被镀上金属。此处，信号接片末端56和接地接片末端58为压入型或“针眼”型接触。

在另一实施例中，信号接片末端56和接地接片末端58为半插入表面安装(SISMNT)接触。对于SISMNT接触，底板20具有多尺寸的孔洞。在底板20的表面，周长为D₁的孔洞的深度小于底板20的厚度，典型地，只穿过表面几层。从这个第一孔的末端到底板20的背面是周长为D₂的孔洞，其中D₁＞D₂。一个短SISMNT接触被插入第一孔并被焊死。在Tereadyne公司的序列号为09/204,118的专利申请(在此作为参照)中有对SISMNT接触的详细介绍。

从层板10的第一边缘开始延伸的信号接片末端50和接地接片末端52为压力安装接触。当通过挤压底板信号线44、46使连接器100压向底板20时，它们会提供一种类似弹簧的运动。当从子插件板22和连接器100上去除该力时，接触末端50、52恢复到未被挤压的状态。

在另一个实施例中，信号接片末端56和接地接片末端58也具有压力安装接触的形式。将结合附图5对可用来与连接器100相连的压力安装接触进行进一步的详细说明。

图2B为图2A中层板10的前面的平面图。如上文中结合附图1所述，层板10包括两半：10a、10b。此处，要注意信号接片末端56成对安装，同时接地接片末端58位于信号接片末端56对的下方。在一优选实施例中，信号接片末端56是设计来提供差分信号的。一对导电通路在两个通路间的电压差代表该对通路的差动信号时提供差分信号。

而且，从该视图还可清楚看到在第一层板的一半10a中的导电元件18的一面上形成的、由绝缘材料制成的高出部分的结构。在与层板的一半10b相对的一侧是多个匹配的凹陷或沟槽，而这些高出的部分就安装在其中。这些特点相结合以提供另一种使层板的两半10a、10b相连的方法的实施例。

此处，导电元件对16并列排列，导致该元件对宽面耦合。宽面耦合的差分对提供了许多优点。第一个优点就是：当导电元件16并列安排时，导电元件16的长度是相等的。通过提供相等的长度可以避免信号偏差。信号畸变即：由于通路长度不同，经过不同长度的导线的信号在不同时间到达一个目的地，引起两个信号间的偏差。

第二个优点就是：由于信号通路彼此暴露在一个更宽的表面积内，导致差分信号间的耦合更强。相应的，可以将引线排列得更近，从而使信号对之间的距离更大，继而有效减少交扰。

层板10中的信号对之间的典型间距介于15到25密耳之间。接地接片末端间的距离介于70到80密耳之间。在所述的实施例中，信号对间距大约为20密耳，而从一个层板到下一个层板的接地接片末端间距大约为72密耳。

从层板10的视图还可以清楚地看到信号接片末端50和接地接片末端52的结构。此处，信号接片末端被设计成从层板10的中心部分延伸到层板10的边缘。接触末端的端点为圆弧形，以便向着层板10的边缘的外部提供一个U形的弯曲。相似地，接地接片末端也从层板10的中心部分开始延伸，但延伸超出了层板10的边缘，并随后又向着层板10的中心部分返回。如同信号接片末端50的端点，接地接片末端52也相似地为圆弧形，以提供U形的弯曲，但是，接地接片末端向着层板10的中心向内弯曲。

参看图3，展示了图1中层板的第一半10a的信号引线和接地引线的结构。引线框60适宜由一种轧制的铜合金加工成型，如6.5～8密耳厚的铍铜。通常，这种结构是在一次轧制中成型。层板的第一半10a的引线框包括信号导电元件16和接地导电元件18。此处，展示了信号元件16和接地元件18的变化。在一优选实施例中，包括7个接地元件18和8个信号元件16。所示的接地元件18比信号元件16要宽。在所述的实施例中，接地元件18为7密耳厚、20密耳宽；而信号元件16为7密耳厚、10密耳宽。

图3还展示了将导电元件16和18连接起来的连接杆19。在形成层板10之后，或当不需要用连接杆来处理接地和信号引线框60时，连接杆19被切除。

信号导电元件16之间的间距为L₁并在导电元件16的整个长度中保持不变。接地导电元件18之间的间距为L₂并相似地，在导电元件18的整个长度中保持不变。选择L₁和L₂的值，以提供每英寸约50对的差分对密度。

参看图4，展示了图1中层板10的第二半10b的信号引线框62，其中只包括了信号导电元件。与图3中的信号和接地引线框60相似，信号引线框62也是由一种轧制的铜合金加工成型，如6.5～8密耳厚的铍铜。在所述的实施例中，引线框为7密耳厚。信号导电元件16之间的间距为L₁，与信号和接地引线框60中的导电元件16的间距相同。如同在信号和接地引线框60中一样，信号引线框62的信号导电元件16之间的间距在导电元件16的整个长度中保持不变。

图3中的信号和接地引线框60和图4中的信号和接地引线框62在加工成最终形状之后，都展示了压力安装接触50、52。将结合附图5对这些信号接片末端50和接地接片末端52进行更充分的说明。

参看图5，层板10的底部视图展示了由压力安装接触50、52形成的结构。信号接片末端50从层板10开始延伸并被弯曲了一个角度，使得接触末端50的长度以较缓的斜度从层板10的底表面延伸出去。在沿着接触末端50的长度方向上的第二点，有第二个弯曲从而使信号接片末端50呈U形终止。再参看图2B，可见信号接片末端50的轮廓与一个金属吊架的一部分相似，该金属吊架包括吊架的一个钩子部分和从钩子后伸出的吊架的肩部。每个信号接片末端50都是成对设置的，同时其他元件对位于第一对的附近。而且，这些元件对向着两个不同的方向弯曲，使得第一对向着中心的左边延伸，而第二对向着中心的右边延伸。通过从左到右地改变层板中的信号对，信号对所经受的交扰减少。并且，通过从左到右地改变接触，可以获得机械平衡，从而平衡扭转力。

接地接片末端52的通路是弯曲的。如同信号接片末端50一样，接地接片末端52从层板10的中心延伸出去。有一个第一弯曲，使得接地接片末端52从层板10的底表面逐渐的斜伸出去。在层板10的边缘的上方的一个位置上，接地接片末端52向着层板10的中心部分向回弯曲。接地接片末端52还有一个第二弯曲，使得在层板10的中心的左边或右边有一个U形终端。考虑这样设计接地接片末端52就是要使接地接片52的U形终点和信号接地接片50之间保持足够的距离，以防止当连接器100被压向底板20时短路。再一次地，接地接片末端52与信号接片末端50一道，被沿着两个不同的方向弯曲。

信号和接地接片末端50、52内的弯曲系列提供了必需的弹性运动。这样，当被压向底板20时，信号和接地接片末端50、52不会变形，而是被挤压，然后当从底板20松开时，恢复到以前的形状。

在接触末端50、52的U形部分的一个表面上，还有一个椭圆形的凹槽64。当连接器100被启动并且接触末端50、52被压向底板时，椭圆形的凹槽64提供了一个小而确定的表面积，在这个表面积上，集中了连接器100的接触压力。因此，通过将接触力限定在一个更小的接触面积内，能获得更高的接触压力。

由于接触末端50、52的物理特性，最好提供一种保护接触末端或引线、并且限定接触末端50、52的运动范围的装置，使得它们在与底板20的频繁接触中不被破坏。

参看图6，展示了图1中引线或接触末端保护器28。此处，展示的位于引线保护器28的底面的孔图案48包括另一种一个三角形孔66的图案，其后是一对三角形的孔68。当与层板10的底部咬合时，通过三角形孔隙68中的一个显露出每个信号接片末端50，而通过三角形孔隙66中的一个显露出每个信号接片末端52。

引线保护器28的使用为信号和接地接片末端50和52提供了一些水平的保护，使它们不会由于高水平的使用或连接器100的基本操作而被破坏。而且，引线保护器28限制了连接器100在使用时的运动范围。引线保护器28的底面和侧壁确定了一个允许连接器100运动的限制范围。此处，引线保护器被设计为容纳了8个层板10，但是，也能提供其他容纳更多或更少的层板10的结构。

在图6中明确展示的还有位于四个钩子30的每个钩子的下方的引线保护器28的侧壁上的孔。在引线保护器28的成型过程中形成这些孔，并且更具体地，是由钩子30的成型过程形成这些孔的。

参看图7，展示了图6中的引线保护器的另一实施例，其中包括插入层板10的沟槽72。这些沟槽72提供了其它的一些防止层板10旋转的装置。

图8为用来与图5中的压力安装接触50、52相连的底板所占区域的平面图。此处，只展示了底板20的一部分。

在一优选实施例中，引线焊盘44、46被镀上一层贵金属，优选为金。典型地，导线垫44、46先由镍制成，并随后被镀上金。导线焊盘是这样设置的：使得接地导线焊盘46的表面长度大致等于两端相连的两个信号导线焊盘的长度。

两个信号导线焊盘44与一个单独的接地导线焊盘46相连的基本模式在底板20的所需长度内是相同的，模式中交替的列的图案相反。即，在信号和接地导线44、46的第一列，接地导线焊盘46位于信号导线焊盘44的左边。但在第二列中，接地导线焊盘46位于信号导线焊盘44的右边。

介绍了一个实施例后，还可以制成许多其它的实施例或做许多改变。例如，介绍了信号导线成对出现的差分连接器。在一优选实施例中，每对导线用来传输一种差分信号。连接器还能传输单端信号。例如，一个绝缘帽可以和连接器的包括信号和接地导线的一半相连，而不是与连接器的包括附加信号导线的一半相连。

而且，所述的连接器是一种安装在一块底板上的直角子插件板。本发明不仪限于此。相似的结构可用于缆线连接器、夹层连接器或其它形状的连接器。

还可以改变绝缘外壳的结构。虽然是结合插入成型过程对所述的优选实施例进行说明，但也可以先浇注一个外壳，然后将导电元件插入该外壳来制成连接器。

此外，所述的连接器提供一种宽面耦合的差分信号。连接器还可以使得单个外壳支撑着信号对导线和接地导线。在这样的一个实施例中，引线框可能会包括一个介于每对信号导线之间的接地导线。通过这种方式，导线对能够提供一种边缘耦合差分信号。

尽管参照优选实施例对本发明做了具体的说明和展示，那些熟悉本工艺的人应该了解：在不偏离所附权利要求所涵盖的本发明的精神实质的条件下，可以做许多形式和细节的改变。

Claims (1)

1.一种电连接器的引线框，包括：分布在多个接地导线之间的多个信号导线。

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