CN213151251U - 一种发光设备及激光设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出一种发光设备及激光设备，包括：第一基板，包括相对设置的正极区和负极区，在所述正极区和所述负极区中间设置有连接区，所述正极区和所述负极区与所述第一基板之间具有绝缘层；第二基板，设置在所述第一基板上，包括相对设置的第一表面和第二表面，其中，所述第一表面上设置有多个激光器，所述第二表面设置在所述连接区上；其中，所述第一表面的两端设置有第一正极焊盘和第一负极焊盘，所述第二表面上设置至少一个散热焊盘。本实用新型提出的发光设备封装工艺简单，集成性更高，性能更优。

Description

一种发光设备及激光设备

技术领域

本实用新型涉及激光领域，特别涉及一种发光设备及激光设备。

背景技术

垂直腔面发射激光器(Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser，简称VCSEL，又译垂直共振腔面射型激光)是一种半导体激光器，其激光垂直于顶面射出。相较于由边缘射出的边射型激光器，VCSEL具有光束质量好、温漂小、封装形式灵活、晶圆级测试等优势，使其广泛用于消费电子领域的接近感应、面部解锁、人脸支付、手势识别等应用。但是，这些消费电子领域的应用所需光功率普遍较小。当VCSEL被使用在大功率应用场景时，比如汽车激光雷达、医疗美容等，会出现封装工艺复杂、散热效果差等问题。

实用新型内容

鉴于上述现有技术的缺陷，本实用新型提出一种发光设备及激光设备，以简化封装工艺，提高散热效果。

为实现上述目的及其他目的，本实用新型提出一种发光设备，包括：

第一基板，包括相对设置的正极区和负极区，在所述正极区和所述负极区中间设置有连接区，所述正极区和所述负极区与所述第一基板之间具有绝缘层；

第二基板，设置在所述第一基板上，包括相对设置的第一表面和第二表面，其中，所述第一表面上设置有多个激光器，所述第二表面设置在所述连接区上；

其中，所述第一表面的两端设置有第一正极焊盘和第一负极焊盘，所述第二表面上设置至少一个散热焊盘。

进一步地，所述第一表面上设置有电路图形，所述激光器连接在所述电路图形上。

进一步地，所述第一正极焊盘连接所述正极区，所述第一负极焊盘连接所述负极区。

进一步地，还包括阻焊层，设置在所述第一基板上，将所述正极区分离成第一正极区和第二正极区，将所述负极区分离成第一负极区和第二负极区。

进一步地，所述第二表面上设置至少两个散热焊盘，所述散热焊盘之间具有间隙。

进一步地，所述第二表面的两端设置有第二正极焊盘和第二负极焊盘，所述散热焊盘位于所述第二正极焊盘和所述第二负极焊盘之间。

进一步地，所述第一正极焊盘通过通孔连接所述第二正极焊盘，所述第一负极焊盘通过通孔连接所述第二负极焊盘，所述通孔内具有金属材料。

进一步地，所述第二正极焊盘连接所述第一正极区，所述第二负极焊盘连接所述第一负极区，所述连接区具有对应所述间隙的至少一个切割道。

进一步地，所述第二正极区和所述第二负极区上设置有固定孔。

进一步地，所述阻焊层包围所述连接区。

进一步地，所述第二基板的形状包括圆形、椭圆形、梯形或多边形的一种，其中，所述第一基板的形状与所述第二基板的形状相同或者不同。

进一步地，本发明还提出一种激光设备，包括：

壳体；

至少一发光设备，设置在所述壳体内，其中，所述发光设备包括；

第一基板，包括相对设置的正极区和负极区，在所述正极区和所述负极区中间设置有连接区，所述正极区和所述负极区与所述第一基板之间具有绝缘层；

第二基板，设置在所述第一基板上，包括相对设置的第一表面和第二表面，其中，所述第一表面上设置有多个激光器，所述第二表面设置在所述连接区上；

其中，所述第一表面的两端设置有第一正极焊盘和第一负极焊盘，所述第二表面上设置至少一个散热焊盘。

综上所述，本实用新型提出一种发光设备及激光设备，通过将第一基板设置成正极区，连接区和负极区，连接区位于正极区和负极区之间，正极区和负极区与第一基板绝缘，连接区与第一基板为一体结构。然后在第一基板上设置阻焊层，阻焊层将正极区分成第一正极区和第二正极区，将负极区分成第一负极区和第二负极区，并且包围连接区，从而防止焊料无规则溢出，然后将第二基板固定在第一基板上，第二基板的背面设置有第二正极焊盘和第二负极焊盘，第二基板的正面设置第一正极焊盘和第一负极焊盘，第一正极焊盘通过通孔连接第二正极焊盘，第一负极焊盘通过通孔连接第二负极焊盘，第二正极焊盘焊接在第一正极区上，第二负极焊盘焊接在第一负极区上，从而可以避免金线连接，因此封装工艺更加简单。同时由于第一基板为铜基板，因此可以更快的将激光器产生的热量散失掉。

附图说明

图1：本实用新型中发光设备的主视图。

图2：本实用新型中图1的俯视图。

图3：本实用新型中第一基板的俯视图。

图4：本实用新型中第一基板的主视图。

图5：本实用新型中第二基板的俯视图。

图6：本实用新型中第二基板的仰视图。

图7：本实用新型中图5在A-A方向的剖面图。

图8：本实用新型中第一基板内的冷却水管路的示意图。

图9：本实用新型中第一基板内的冷却水管路的另一示意图。

图10：本实用新型中第一基板内的冷却水管路的另一示意图。

图11：本实用新型中第一基板内的冷却水管路的另一示意图。

图12：本实用新型中另一发光设备的俯视图。

图13-图15：本实用新型中第二基板的形状示意图。

图16：本实用新型中激光设备的简要示意图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本实用新型的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点与功效。本实用新型还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本实用新型的精神下进行各种修饰或改变。

需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本实用新型的基本构想，遂图式中仅显示与本实用新型中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

如图1-图2所示，本实施例提出一种发光设备10，该发光设备10包括第一基板100和第二基板200，第二基板200设置在第一基板100上，第二基板200上设置有多个激光器(未显示)，所述激光器可以为垂直腔面发射激光器。第一基板100例如为为铜基板，例如为紫铜，无氧铜等高热导率铜材，同时还可以在第一基板100的表面上形成表面镀层，例如在第一基板100的表面上镀金属层。第二基板200可以为氧化铝，氧化铍，碳化硅等高热导率的陶瓷类材料，陶瓷基板和砷化镓衬底的垂直腔面发射激光器的热膨胀系统接近，两者的热膨胀系统接近时可以减小应力，提高可靠性，并由于陶瓷基板的热导率高且具有良好的绝缘性，因此可以做到热电分离。

如图3-图4所示，图3显示为第一基板100的俯视图，图4显示为第一基板100的主视图，需要说明的是，图4中未显示出阻焊层140。第一基板100上包括正极区110，负极区120。正极区110和负极区120位于第一基板100的相对两端，在正极区110和负极区120之间还设置有连接区130，连接区130与第一基板100是一体的。正极区110，负极区120和连接区130的齐平。正极区110，负极区120和连接区130上均形成有金属镀层，金属镀层可以提高焊接质量，因此可以提高导热效果。在本实施例中，正极区110中的第一正极区111用于连接第二基板200的第二正极焊盘，负极区120中的第一负极区121用于连接第二基板200的第二负极焊盘，连接区130用于连接第二基板200的散热焊盘。从图4中可以看出，正极区110与第一基板100之间具有绝缘层160，负极区120与第一基板100之间具有绝缘层160。在本实施例中，绝缘层160的材料例如为氧化层或者其他绝缘陶瓷或者是PCB用的绝缘材料，例如为环氧树脂。由于正极区110，负极区120与第一基板100是绝缘的，该发光设备10产生的热量可以从连接区130直接向第一基板100上传递。当然，在一些实施例中，第一基板100还可以包括凹陷区，第二基板200可以焊接固定在凹陷区内，有利于散热。

如图3所示，在本实施例中，在第一基板100上还设置有阻焊层140，阻焊层140位于正极区110内，将正极区110分离成第一正极区111和第二正极区112。阻焊层140还位于负极区120内，将负极区120分离成第一负极区121和第二负极区122。阻焊层140还位于正极区110与连接区130之间，阻焊层140还位于负极区120与连接区130之间，阻焊层140包围连接区130。第一正极区111靠近连接区130，第一负极区121靠近连接区130。第一正极区111用于连接第二基板200上的第二正极焊盘，第一负极区121用于连接第二基板200上的第二负极焊盘。在第二正极区112，第二负极区122上还设置有固定孔150，通过固定孔150可以将第一基板100固定在对应装置上。在本实施例中，在第一基板100上设置阻焊层140可以防止焊料无规则溢出，该阻焊层140的材料例如为PCB阻焊油墨。

如图3所示，在本实施例中，部分阻焊层140位于正极区110上，也就是阻焊层140位于铜箔上，从而将正极区110分离成第一正极区111和第二正极区112。部分阻焊层140与第一基板100接触，从而包围连接区130。部分阻焊层140位于负极区120上，也就是阻焊层140位于铜箔上，从而将负极区120分离成第一负极区121和第二负极区122。

如3和图5所示，图5显示为第二基板200的第一表面210。在第一表面210上的两端设置有第一正极焊盘211和第一负极焊盘212。在第一正极焊盘211和第一负极焊盘212对应的第二基板200内设置有多个通孔215，该些通孔215贯穿第二基板200。通孔215内填充导电材料，例如为金属铜，金属银。

如图5所示，在本实施例中，在第一表面210上还设置有电路图形213，电路图形213可以是金属图形。在电路图形213上还设有多个激光器214，多个激光器214通过金线216连接在电路图形213上。在其他实施例中，多个激光器214可以倒装方式(flip chip)直接电性设置在电路图形213上，从而取消金线216。例如图5中显示出三个激光器芯片组，三个激光器芯片组之间相互并联，每个激光器芯片组例如包括十个激光器214，十个激光器214之间相互串联。所述激光器214可例如为垂直腔面发射激光器。所述激光器214可以为砷化镓衬底的垂直腔面发射激光器，第二基板200也可以为陶瓷基板，陶瓷基板和砷化镓衬底的垂直腔面发射激光器的热膨胀系统接近，两者的热膨胀系统接近时可以减小应力，提高可靠性，并由于陶瓷基板的热导率高且具有良好的绝缘性，因此可以做到热电分离。在本实施例中，多个激光器214先通过串联形成激光器芯片组，激光器芯片组通过并联形成发光单元，由此可以提高发光单元的发光密度。在本实施例中，激光器214可以通过银胶、预镀金锡焊料或者焊膏贴在电路图形213相应的PAD上，并进行烘烤，同时根据采用的银胶设定相应的烘烤温度，并将金线216连接在相应的PAD上。

如图5所示，在本实施例中，如果激光器214直接设置在第一基板100上，由于第一基板100和激光器214的热膨胀系数差异过大，第一基板100受热胀冷缩容易出现翘曲，导致激光器214的应力增加，降低激光器214的使用寿命。当在第一基板100和激光器214之间设置第二基板200，第二基板200为陶瓷基板，第二基板200和激光器214的热膨胀系数接近，两者的热膨胀系统接近时可以减小应力，提高可靠性，并由于陶瓷基板的热导率高且具有良好的绝缘性，因此可以做到热电分离，通过第二表面散热焊盘223之间增加间隙224，同时还可以避免第二基板200出现翘曲情况。

如图5-图7所示，图6显示为第二基板200的第二表面220。在第二表面220的两端设置有第二正极焊盘221及第二负极焊盘222，在第二正极焊盘221与第二负极焊盘222之间设置至少两个散热焊盘223。在其他实施例中，在第二正极焊盘221与第二负极焊盘222之间也可以只设置一个散热焊盘223。第二正极焊盘221、第二负极焊盘222以及散热焊盘223例如为铜金属层，在第二正极焊盘221、第二负极焊盘222以及散热焊盘223还可以电镀一层镍钯金层。第二基板200通过第二正极焊盘221电性连接第一基板100的第一正极区111，第二基板200通过第二负极焊盘222电性连接第一基板100的第一负极区121，第二基板200通过散热焊盘223连接在第一基板100的连接区130上，第二基板200例如通过金属焊料焊接在第一正极区111、第一负极区121以及连接区130上。散热焊盘223可将激光器214产生的热量从第二基板200传导至第一基板100，在第二表面220上可以设置至少两个散热焊盘223，两两散热焊盘223之间具有一间隙224，当散热焊盘223受热膨胀时，该间隙224也可以为散热焊盘223提供膨胀空间，从而使第二基板200两侧的金属镀层膨胀相对匹配，避免第二基板200出现翘曲。需要说明的是，第二正极焊盘221与散热焊盘223之间还具沟道225，第二负极焊盘222与散热焊盘223之间还具有沟道225。沟道225将散热焊盘223与第二正极焊盘221或第二负极焊盘222隔开。

需要说明的是，在第一基板100的连接区130上也可以设置一个切割道，该切割道对应第二基板200上的间隙224，因此可以降低由于热膨胀系数不同产生的应力。

如图7所示，图7显示为图5在A-A方向的剖面图，通孔215贯穿第二基板200的第一表面210和第二表面220，通孔215内的金属材料或导电材料连接第一正极焊盘211和第二正极焊盘221，同时通孔215内的金属材料或导电材料连接第一负极焊盘212和第二负极焊盘222。第一正极焊盘211和第二正极焊盘221、第一负极焊盘212和第二负极焊盘222的材料例如为铜。由于第一正极焊盘211通过通孔215及第二正极焊盘221电性连接第一正极区111，第一负极焊盘221通过通孔215及第二负极焊盘222电性连接第一负极区121，因此第一基板100与第二基板200之间不在需要进行打线工作，从而简化封装工艺。由于第二基板200热电分离的设计，使得第二基板200分别设置导电区域与散热区域，因此第二基板200可直接选择散热性更好的材料作为激光器214的承载件来提高散热效果。

如图8所示，为加快吸收激光器214产生的热量，还可以在第一基板100内设置一冷却系统，该冷却系统包括进口端110a，出口端110b和冷却水管路110c。进口端110a通过冷却水管路110c连接出口端110b，冷却水管路110c位于第一基板100的内部。在本实施例中，进口端110a和出口端110b位于第一基板100的相对侧，冷却水通过进口端110a进入第一基板100的内部，然后通过出口端110b流出，然后在通过进口端110a进入第一基板100的内部，由此形成循环冷却管路。在本实施例中，激光器214产生的热量通过电路图形213，第二基板200和第一基板100向下传导，当冷却水在冷却水管路110c中循环时，冷却水可以及时的吸收热量，快速的将热量散失掉，由此可以保证激光器214处于稳定的工作状态。需要说明的是，该冷却水管路110c可以为直线段。

如图8-图9所示，为加快吸收发光单元产生的热量，还可以在第一基板100内设置一冷却系统，该冷却系统包括进口端110a，出口端110b和冷却水管路110c。进口端110a通过冷却水管路110c连接出口端110b，冷却水管路110c位于第一基板100的内部。图9与图8的区别在于，图9中的冷却水管路110c为弯曲状，图9中的冷却水管路110c的长度大于图8中的冷却水管路110c的长度，也就是增加了冷却水在第一基板100内部的停留时间。因此当激光器214产生的热量通过电路图形213，第二基板200和第一基板100向下传导时，由于冷却水在第一基板100的停留时间变长，因此可以更加充分的吸收发光单元产生的热量，由此可以更快的吸收掉激光器214产生的热量，快速的将热量散失掉，由此可以保证激光器214处于稳定的工作状态。

如图8和图10所示，为加快吸收发光单元产生的热量，还可以在第一基板100内设置一冷却系统，该冷却系统包括进口端110a，出口端110b，冷却水管路110c和多个支路110d。图10与图8的区别在于，图10中设置有四个支路110d，四个支路110d的一端与冷却水管路110c连接，从而通过冷却水管路110c与进口端110a连接，四个支路110d的另一端与冷却水管路110c连接，从而通过冷却水管路110c与出口端110b连接，也就是说四个支路110d共用一个进口端110a，四个支路110d共用一个出口端110b。由于设置四个支路110d，可以使得冷却水在第一基板100的内部流动更加均匀，从而使得冷却水的吸收的热量更加均匀。因此当发光单元产生的热量通过电路图形213，第二基板200和第一基板100向下传导时，冷却水可以更加均匀的吸收激光器214产生的热量，快速吸收激光器214的热量，由此可以保证激光器214处于稳定的状态。

如图11所示，在一些实施例中，冷却水管路110c还可以设计成螺旋状，螺旋状的冷却水管路110c设置在第一基板100内，螺旋状的冷却水管路110c可以增加冷却水在第一基板100内的停留时间，由此可以提高冷却效率，也就是提高发光装置的散热效率。

当然，在一些实施例中，第一基板100内的冷却水管路110c还可以为U形或S形。

当然，在一些实施例中，第一基板100内还可以设置两条冷却水管路110c，三条冷却水管路110c或更多条冷却水管路110c。

如图3-图5所示，在本实施例中，当在第一基板100的正极区110和负极区120通电后，电流从第一正极区111流向通孔215，第一正极焊盘211，金线216和激光器214后从负极区120流出，从而形成电流通路，激光器214开始工作出射激光束，形成的热量通过连接区竖直向下传递，从而形成稳定的工作系统。

如图12所示，本实施例还提出一种另一发光设备，该发光设备包括第一基板100和第二基板200，第一基板100可以为铜基板，第二基板200可以为陶瓷基板。第一基板100的两端包括正极区110，负极区120和连接区。连接区位于正极区110和负极区120之间。正极区110，负极区120和连接区可以通过阻焊层隔开。正极区110和负极区120与第一基板100之间还包括绝缘层，连接区可以和第一基板100为一体结构。在正极区110和负极区120上还设置有固定孔，因此可以将该发光设备固定在其他基板上。

如图12所示，第二基板200可以设置在连接区上。该第二基板200的第一表面上设置有激光器阵列，且在第一表面的两端设置第一正极焊盘211和第一负极焊盘212。第一正极焊盘211通过打线的方式连接正极区110，第一负极焊盘212通过打线的方式连接负极区120。由此当在正极区110，负极区120上通电时，即可点亮激光器阵列。需要说明的是，在第二基板200的第二表面上可以设置一个散热焊盘，该散热焊盘可以覆盖整个第二表面，因此可以提高散热能力，散热效果更好。

如图12所示，在本实施例中，该第一基板100和第二基板200的形状可以相同也可以不同，第一基板100和第二基板200的形状可以为圆形，椭圆形，矩形或其他形状，在此不作限定。

如图2和图12所示，本实施例不对激光器的排列方式进行限定，激光器可以呈矩阵排列，也可以任意排列，同时对激光器的数量不作限定。

如图13-图15所示，在一些实施例中，第二基板200的形状还可以为圆形，椭圆形或多边形。第二基板200上的激光器214的正负极可以在同一侧或者相对侧。激光器214可以串联或并联，当激光器214并联时，每一电路上的激光器214也可以由外部电路单独控制。第二基板200的形状还可以为梯形或三角形。

如图16所示，本实施例还提出一种激光设备1，该激光设备1包括一壳体11，发光设备10和控制单元12。其中，发光设备10和控制单元12设置在壳体11内，发光设备10连接控制单元12，控制单元12用于控制该发光设备10。

如图16所示，在本实施例中，该壳体11上设置有PCB电路板，发光设备10和控制单元12连接在所述PCB电路板上，当使用该激光设备1时，控制单元12向发光设备10发送指令，发光设备10向外发射激光光线，该发光设备10具有如图1所示的结构，因此可以该激光设备1提高散热效率。

如图16所示，本实施例中激光设备1例如应用于无人驾驶设备中，例如无人驾驶汽车，无人机，无人驾驶轮船以及激光雷达(Lidar)应用等。

如图16所示，本实施例中激光设备1例如应用于医疗美容中，工业探测以及工业加工领域。

当然，在一些实施例中，该发光设备还可以应用于TOF(Time Of Flight)摄像模组中。

综上所述，本实用新型提出一种发光设备及激光设备，通过将第一基板设置成正极区，连接区和负极区，连接区位于正极区和负极区之间，正极区和负极区与第一基板绝缘，连接区与第一基板为一体结构。然后在第一基板上设置阻焊层，阻焊层将正极区分成第一正极区和第二正极区，将负极区分成第一负极区和第二负极区，并且包围连接区，从而防止焊料无规则溢出，然后将第二基板固定在第一基板上，第二基板的背面设置有第二正极焊盘和第二负极焊盘，第二基板的正面设置第一正极焊盘和第一负极焊盘，第一正极焊盘通过通孔连接第二正极焊盘，第一负极焊盘通过通孔连接第二负极焊盘，第二正极焊盘焊接在第一正极区上，第二负极焊盘焊接在第一负极区上，从而可以避免金线连接，因此封装工艺更加简单。同时由于第一基板为铜基板，因此可以更快的将激光器产生的热量散失掉。

以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明，本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的实用新型范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述实用新型构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案，例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

除说明书所述的技术特征外，其余技术特征为本领域技术人员的已知技术，为突出本实用新型的创新特点，其余技术特征在此不再赘述。

Claims (11)

1.一种发光设备，其特征在于，包括：

第一基板，包括相对设置的正极区和负极区，在所述正极区和所述负极区中间设置有连接区，所述正极区和所述负极区与所述第一基板之间具有绝缘层；

第二基板，设置在所述第一基板上，包括相对设置的第一表面和第二表面，其中，所述第一表面上设置有多个激光器，所述第二表面设置在所述连接区上；

其中，所述第一表面的两端设置有第一正极焊盘和第一负极焊盘，所述第二表面上设置至少一个散热焊盘。

2.根据权利要求1所述的发光设备，其特征在于，所述第一表面上设置有电路图形，所述激光器连接在所述电路图形上。

3.根据权利要求1所述的发光设备，其特征在于，所述第一正极焊盘连接所述正极区，所述第一负极焊盘连接所述负极区。

4.根据权利要求1所述的发光设备，其特征在于，还包括阻焊层，设置在所述第一基板上，将所述正极区分离成第一正极区和第二正极区，将所述负极区分离成第一负极区和第二负极区。

5.根据权利要求4所述的发光设备，其特征在于，所述第二表面上设置至少两个散热焊盘，所述散热焊盘之间具有间隙。

6.根据权利要求5所述的发光设备，其特征在于，所述第二表面的两端设置有第二正极焊盘和第二负极焊盘，所述散热焊盘位于所述第二正极焊盘和所述第二负极焊盘之间。

7.根据权利要求6所述的发光设备，其特征在于，所述第一正极焊盘通过通孔连接所述第二正极焊盘，所述第一负极焊盘通过通孔连接所述第二负极焊盘，所述通孔内具有金属材料。

8.根据权利要求6所述的发光设备，其特征在于，所述第二正极焊盘连接所述第一正极区，所述第二负极焊盘连接所述第一负极区，所述连接区具有对应所述间隙的至少一个切割道。

9.根据权利要求4所述的发光设备，其特征在于，所述阻焊层包围所述连接区。

10.根据权利要求1所述的发光设备，其特征在于，所述第二基板的形状包括圆形、椭圆形、梯形或多边形的一种，其中，所述第一基板的形状与所述第二基板的形状相同或者不同。

11.一种激光设备，其特征在于，包括：

壳体；

至少一发光设备，设置在所述壳体内，其中，所述发光设备包括；

第一基板，包括相对设置的正极区和负极区，在所述正极区和所述负极区中间设置有连接区，所述正极区和所述负极区与所述第一基板之间具有绝缘层；

第二基板，设置在所述第一基板上，包括相对设置的第一表面和第二表面，其中，所述第一表面上设置有多个激光器，所述第二表面设置在所述连接区上；

其中，所述第一表面的两端设置有第一正极焊盘和第一负极焊盘，所述第二表面上设置至少一个散热焊盘。

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