DE102012219131A1 - Connection assembly for two contact elements used in gear box of motor car, has electrically leading filling material to electrically and mechanically interconnect plated-through holes of contact regions of contact elements - Google Patents
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Abstract
Description
Stand der TechnikState of the art
Die Erfindung geht aus von einer Verbindungsanordnung für mindestens zwei Kontaktpartner nach der Gattung des unabhängigen Patentanspruchs 1 sowie von einem Verfahren zum Verbinden von mindestens zwei Kontaktpartnern nach der Gattung des unabhängigen Patentanspruchs 6.The invention relates to a connection arrangement for at least two contact partners according to the preamble of
Aus dem Stand der Technik sind Getriebesteuergeräte bekannt, bei welchen elektronische Steuereinheiten direkt im Getriebegehäuse untergebracht sind. Um die elektronischen Komponenten einer solchen Steuereinheit vor dem aggressiven Medium, d.h. vor dem Getriebeöl zu schützen, sind diese vorzugsweise auf einem mehrlagigen Keramiksubstrat, wie beispielsweise einem LTCC-Substrat (LTCC: Low Temperature Co-Fired Ceramic) in einem Metallgehäuse untergebracht. Bei zukünftigen Generationen soll das Keramiksubstrat durch einen organischen mehrlagigen Schaltungsträger ersetzt werden. Dabei sollen der Schaltungsträger, wie auch die elektronischen Bauelemente, ohne zusätzliches Gehäuse oder Schutzmaßnahmen direkt dem Medium ausgesetzt werden. Bei diesem Aufbau muss verhindert werden, dass das Öl in direkten Kontakt mit den Kupferleiterbahnen des Schaltungsträgers oder den Ankontaktierungen der Bauelemente kommt. Die Additive des Öls, insbesondere Schwefel und Schwefelverbindungen, wie auch das Grundöl selber reagieren mit dem Kupfer und den Kupferverbindungen, wodurch das Kupfer in Lösung gehen kann. Über die Lebensdauer der Steuereinheit kann dies zu einer Unterbrechung der Leiterbahn oder der Ankontaktierungen führen. Des Weiteren können elektrisch leitfähige Ablagerungen zwischen zwei oder mehr Kupferleiterbahnen bzw. Ankontaktierungen entstehen. From the prior art transmission control devices are known in which electronic control units are housed directly in the gear housing. To protect the electronic components of such a control unit from the aggressive medium, i. To protect against the gear oil, these are preferably housed on a multi-layer ceramic substrate, such as a LTCC substrate (LTCC: Low Temperature Co-Fired Ceramic) in a metal housing. For future generations, the ceramic substrate is to be replaced by an organic multi-layer circuit carrier. In this case, the circuit substrate, as well as the electronic components to be exposed directly to the medium without additional housing or protective measures. In this construction, it must be prevented that the oil comes into direct contact with the copper interconnects of the circuit substrate or the Ankontaktierungen of the components. The additives of the oil, especially sulfur and sulfur compounds, as well as the base oil itself, react with the copper and copper compounds, allowing the copper to dissolve. Over the life of the control unit, this can lead to an interruption of the conductor track or Ankontaktierungen. Furthermore, electrically conductive deposits may form between two or more copper conductor tracks or contact holes.
Üblicherweise umfasst ein erster Kontaktpartner einer Verbindungsanordnung mindestens einen ersten elektrisch leitenden Bereich und mindestens einen ersten Kontaktbereich. Ein zweiter Kontaktpartner umfasst mindestens einen zweiten elektrisch leitenden Bereich und mindestens einen zweiten Kontaktbereich. Die mindestens zwei Kontaktpartner sind an dem mindestens einen ersten Kontaktbereich und an dem mindestens einen zweiten Kontaktbereich elektrisch leitend miteinander verbunden. Hierfür weisen übliche Verbindungsanordnungen eine Aussparung in mindestens einem Kontaktpartner und/oder Gehäuse auf, welche mindestens einen innenliegenden leitenden Bereich bzw. eine innenliegende stromführende Schicht bzw. den Kontaktbereich des Kontaktpartners freilegt. Der Kontaktpartner kann hierbei beispielsweise als mehrlagiger Schaltungsträger ausgeführt sein, wobei die leitenden Bereiche von isolierenden und/oder schützenden Schichten umgeben sind. Die leitenden Bereiche können auch an einer Oberfläche des Schaltungsträgers angeordnet werden und sind durch das Gehäuse geschützt. Übliche Verbindungsanordnungen weisen zudem ein Kontaktelement auf, welches als so genannte Flexfolie und/oder als Draht und/oder als Blech und/oder als Kabel und/oder als ein anderes elektrisch leitendes Element ausgeführt ist. Hierbei kann das Kontaktelement einem der beiden Kontaktpartner entsprechen, oder das Kontaktelement ist zwischen den beiden Kontaktpartnern angeordnet und mit den Kontaktbereichen der Kontaktpartner elektrisch leitend verbunden. Die elektrisch leitende Verbindung kann beispielsweise über Löten und/oder Schrauben und/oder Schweißen und/oder Nieten hergestellt werden.Usually, a first contact partner of a connection arrangement comprises at least one first electrically conductive region and at least one first contact region. A second contact partner comprises at least one second electrically conductive region and at least one second contact region. The at least two contact partners are electrically conductively connected to one another at the at least one first contact region and at the at least one second contact region. For this purpose, conventional connection arrangements have a recess in at least one contact partner and / or housing, which exposes at least one inner conductive region or an inner current-carrying layer or the contact region of the contact partner. The contact partner may in this case be embodied, for example, as a multilayer circuit carrier, wherein the conductive regions are surrounded by insulating and / or protective layers. The conductive regions may also be disposed on a surface of the circuit substrate and are protected by the housing. Conventional connection arrangements also have a contact element, which is designed as a so-called flex foil and / or as a wire and / or as a sheet metal and / or as a cable and / or as another electrically conductive element. Here, the contact element can correspond to one of the two contact partners, or the contact element is arranged between the two contact partners and electrically conductively connected to the contact regions of the contact partners. The electrically conductive connection can be produced, for example, by soldering and / or screwing and / or welding and / or riveting.
In der Offenlegungsschrift
In der Offenlegungsschrift
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Die erfindungsgemäße Verbindungsanordnung für mindestens zwei Kontaktpartner mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 und das erfindungsgemäße Verfahren zum Verbinden zweier Kontaktpartner mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 6 haben demgegenüber den Vorteil, dass die empfindlichen Kontaktbereiche durch das Füllmaterial geschützt werden. Dadurch kann beispielsweise ein Schaltungsträger mit elektronischen und/oder elektrischen Bauelementen ohne zusätzliches Gehäuse oder Schutzmaßnahmen direkt einem flüssigen Medium, wie beispielsweise Öl, ausgesetzt werden. In vorteilhafter Weise können Keramiksubstrate durch organische Schaltungsträger ersetzt werden.The connection arrangement according to the invention for at least two contact partners with the features of
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung stellen eine Verbindungsanordnung für mindestens zwei Kontaktpartner zur Verfügung. Hierbei umfasst ein erster Kontaktpartner mindestens einen ersten elektrisch leitenden Bereich und mindestens einen ersten Kontaktbereich, und ein zweiter Kontaktpartner umfasst mindestens einen zweiten elektrisch leitenden Bereich und mindestens einen zweiten Kontaktbereich. Die mindestens zwei Kontaktpartner sind an dem mindestens einen ersten Kontaktbereich und an dem mindestens einen zweiten Kontaktbereich elektrisch leitend miteinander verbunden. Erfindungsgemäß umfasst der mindestens eine erste Kontaktbereich eine erste Durchkontaktierung und der mindestens eine zweite Kontaktbereich umfasst eine zweite Durchkontaktierung, wobei die erste Durchkontaktierung und die zweite Durchkontaktierung im Wesentlichen fluchtend übereinander angeordnet und zumindest teilweise mit einem elektrisch leitenden Füllmaterial gefüllt sind. Das elektrisch leitende Füllmaterial verbindet die beiden Durchkontaktierungen elektrisch und mechanisch durch Ausbildung einer Säule miteinander.Embodiments of the present invention provide a connection arrangement for at least two contact partners. In this case, a first contact partner comprises at least one first electrically conductive region and at least one first contact region, and a second contact partner comprises at least one second electrically conductive region and at least one second contact region. The at least two contact partners are electrically conductively connected to one another at the at least one first contact region and at the at least one second contact region. According to the invention, the at least one first contact region comprises a first via, and the at least one second contact region comprises a second via, wherein the first via and the second via are substantially aligned one over the other and at least partially filled with an electrically conductive fill material. The electrically conductive filler connects the two vias electrically and mechanically by forming a column together.
Des Weiteren wird ein Verfahren zum Verbinden von mindestens zwei Kontaktpartnern vorgeschlagen, wobei ein erster Kontaktpartner mindestens einen ersten elektrisch leitenden Bereich und mindestens einen ersten Kontaktbereich umfasst. Ein zweiter Kontaktpartner umfasst mindestens einen zweiten elektrisch leitenden Bereich und mindestens einen zweiten Kontaktbereich, wobei die mindestens zwei Kontaktpartner an dem mindestens einen ersten Kontaktbereich und an dem mindestens einen zweiten Kontaktbereich elektrisch leitend miteinander verbunden werden. Erfindungsgemäß wird in den mindestens einen ersten Kontaktbereich eine erste Durchkontaktierung eingebracht, und in den mindestens einen zweiten Kontaktbereich wird eine zweite Durchkontaktierung eingebracht. Die erste Durchkontaktierung und die zweite Durchkontaktierung werden im Wesentlichen fluchtend übereinander angeordnet und zumindest teilweise mit einem elektrisch leitenden Füllmaterial gefüllt, wobei das elektrisch leitende Füllmaterial die beiden Durchkontaktierungen elektrisch und mechanisch durch Ausbildung einer Säule miteinander verbindet.Furthermore, a method for connecting at least two contact partners is proposed, wherein a first contact partner comprises at least one first electrically conductive region and at least one first contact region. A second contact partner comprises at least one second electrically conductive region and at least one second contact region, wherein the at least two contact partners are electrically conductively connected to one another at the at least one first contact region and at least one second contact region. According to the invention, a first through-connection is introduced into the at least one first contact region, and a second through-contact is introduced into the at least one second contact region. The first via and the second via are substantially aligned and at least partially filled with an electrically conductive filler, wherein the electrically conductive filler electrically and mechanically connects the two vias by forming a column together.
Die beiden Kontaktpartner werden vorzugsweise in einem Getriebegehäuse eingesetzt, wobei das Getriebegehäuse beispielsweise mit Öl gefüllt ist. Die zwei Durchkontaktierungen können in vorteilhafter Weise einfach über eine Bohrung und/oder Laserbearbeitung und/oder Ätzung und eine anschließende Metallisierung hergestellt werden. Die ausgebildete Säule erfüllt in vorteilhafter Weise eine Doppelaufgabe. So verbindet die ausgebildete Säule die Durchkontaktierungen elektrisch leitend miteinander. Des Weiteren wirkt die ausgebildete Säule wie eine Nietverbindung und fixiert die Kontaktpartner im Verbindungsbereich. Durch die gefüllten Durchkontaktierungen wird in vorteilhafter Weise eine verbesserte Kontaktierung ermöglicht, welche insbesondere aggressiven Medien standhält. In vorteilhafter Weise kann durch die verbesserte Kontaktierung ein schützendes Gehäuse entfallen. Des Weiteren können über die Durchkontaktierungen insbesondere organische Substrate mit einlaminierten elektrisch leitenden Bereichen und/oder mehrlagige Schaltungträger mit von einander isolierten, elektrisch leitenden Bereichen und/oder Flexmodule bzw. Flexfolien mit elektrisch leitenden Bereichen zuverlässig kontaktiert werden. Des Weiteren kann in vorteilhafter Weise ein innenliegender elektrisch leitender Bereich an beliebigen Bereichen eines Schaltungsträgers kontaktiert werden. Des Weiteren kann bei dieser Verbindungsanordnung verhindert werden, dass das Öl in direkten Kontakt mit elektrisch Kontaktbereichen und/oder leitenden Bereichen kommt, welche als Kupferbahnen ausgeführt sind. Die Verbindungsanordnung kann in vorteilhafter Weise für den Aufbau von Auswerte- und Steuereinheiten für eine Getriebesteuerung und für die Verbindung von Baueinheiten mit einem Basisschaltungsträger verwendet werden.The two contact partners are preferably used in a transmission housing, wherein the transmission housing is filled with oil, for example. The two plated-through holes can advantageously be produced simply by drilling and / or laser machining and / or etching and subsequent metallization. The trained column advantageously performs a dual task. Thus, the trained column connects the vias electrically conductive with each other. Furthermore, the formed column acts like a riveted connection and fixes the contact partners in the connection area. Due to the filled vias, an improved contacting is made possible, which withstands in particular aggressive media. Advantageously, a protective housing can be eliminated by the improved contacting. Furthermore, in particular organic substrates with laminated electrically conductive regions and / or multilayer circuit carriers with insulated, electrically conductive regions and / or flex modules or flex films with electrically conductive regions can be reliably contacted via the plated-through holes. Furthermore, advantageously, an internal electrically conductive region can be contacted at any regions of a circuit carrier. Furthermore, in this connection arrangement, it can be prevented that the oil comes into direct contact with electrically contact areas and / or conductive areas, which are designed as copper tracks. The connection arrangement can be used advantageously for the construction of evaluation and control units for a transmission control and for the connection of units with a base circuit carrier.
Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen und Weiterbildungen sind vorteilhafte Verbesserungen der im unabhängigen Patentanspruch 1 angegebenen Verbindungsanordnung und des im unabhängigen Patentanspruch 6 angegebenen Verfahrens zum Verbinden zweier Kontaktpartner möglich.The measures and refinements recited in the dependent claims advantageous improvements of the
Besonders vorteilhaft ist, dass das elektrisch leitende Füllmaterial als Lotwerkstoff und/oder als Leitkleber ausgeführt werden kann. Ein Lotwerkstoff und/oder ein Leitkleber weist in vorteilhafter Weise einen flüssigen ersten Zustand auf und kann sich im flüssigen Zustand an die Formen der Durchkontaktierungen nahezu ideal anpassen. Nach dem Aushärten weisen der Lotwerkstoff und/oder der Leitkleber einen festen zweiten Zustand auf, in welchem der Lotwerkstoff und/oder der Leitkleber in vorteilhafter Weise eine zuverlässige und stabile elektrisch leitende Säule ausbilden können. Somit können in vorteilhafter Weise Werkzeuge zum Formen der passenden Säule eingespart werden. It is particularly advantageous that the electrically conductive filler material can be performed as solder material and / or conductive adhesive. A solder material and / or a conductive adhesive advantageously has a liquid first state and can almost ideally be adapted in the liquid state to the forms of the plated-through holes. After curing, the solder material and / or the conductive adhesive have a solid second state, in which the solder material and / or the conductive adhesive can advantageously form a reliable and stable electrically conductive column. Thus, advantageously tools for molding the appropriate column can be saved.
In vorteilhafter Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Verbindungsanordnung kann das elektrisch leitende Füllmaterial Metallisierungen der Durchkontaktierungen fluiddicht abdichten. Somit kann in vorteilhafter Weise verhindert werden, dass die metallische Schicht der Durchkontaktierung und die durch die Durchkontaktierung freigelegten innenliegenden elektrisch leitenden Bereiche mit Additiven des Öls, insbesondere Schwefel und/oder Schwefelverbindungen, und/oder mit dem Grundöl selbst reagieren. Dadurch kann in vorteilhafter Weise verhindert werden, dass insbesondere Kupfer in Lösung gehen kann. Als Folge kann in vorteilhafter Weise eine Unterbrechung der Leiterbahn und/oder eine Unterbrechung des Kontaktbereiches und/oder eine Unterbrechung der Durchkontaktierung verhindert werden. Des Weiteren können in vorteilhafter Weise elektrisch leitfähige Ablagerungen zwischen zwei oder mehr elektrisch leitenden Bereichen unterbunden werden, welche einen Kurzschluss erzeugen können. In an advantageous embodiment of the connection arrangement according to the invention, the electrically conductive filling material can seal metallizations of the plated-through holes in a fluid-tight manner. Thus, it can be advantageously prevented that the metallic layer of the via and the exposed through the via internal conductive regions react with additives of the oil, in particular sulfur and / or sulfur compounds, and / or with the base oil itself. This can be prevented in an advantageous manner that in particular copper can go into solution. As a result, an interruption of the conductor track and / or an interruption of the contact region and / or an interruption of the through-connection can be prevented in an advantageous manner. Furthermore, advantageously, electrically conductive deposits between two or more electrically conductive regions can be prevented, which can generate a short circuit.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Verbindungsanordnung kann mindestens ein Kontaktpartner als mehrlagiger Schaltungsträger ausgeführt werden. In vorteilhafter Weise können über die Verbindungsanordnung mehrere mehrlagige Schaltungsträger mit inneren Kernlagen und/oder Außenlagen miteinander verbunden werden.In a further advantageous embodiment of the connection arrangement according to the invention, at least one contact partner can be designed as a multilayer circuit carrier. In an advantageous manner, a plurality of multilayer circuit carriers with inner core layers and / or outer layers can be connected to one another via the connection arrangement.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Kontaktanordnung kann mindestens ein Kontaktpartner als Flexfolie und/oder Flexmodul ausgeführt werden. Diese Flexmodule und/oder Flexfolien können beispielsweise als Polyimidleiterplatte und/oder als Flexleiterplatte ausgeführt werden. Dies ermöglicht in vorteilhafter Weise stanzgitterfreie Auswerte- und Steuereinheiten, welche in einem Getriebe eingesetzt werden können, da die elektrischen und/oder elektronischen Bauteile auf einer solchen Flexfolie und/oder auf einem Flexmodul angeordnet werden können. Somit kann in vorteilhafter Weise eine kostengünstigere Alternative zu Auswerte- und Steuereinheiten auf Basis von Stanzgittern und/oder Keramiksubstraten geschaffen werden. Des Weiteren können solche Flexfolien durch die erfindungsgemäße Verbindungsanordnung in vorteilhafter Weise mit Schaltungsträgern und/oder mit weiteren Flexfolien und/oder Flexmodulen verbunden werden. In vorteilhafter Weise kann die Anwendung von Flexfolien und/oder Flexmodulen in Verbindung mit der erfindungsgemäßen Verbindungsanordnung den partiellen Einsatz von flexibler Leiterplattentechnologie ermöglichen, ohne komplette Schaltungsträger in flexibler Technik aufzubauen.In a further advantageous embodiment of the contact arrangement according to the invention, at least one contact partner can be designed as a flex foil and / or flex module. These flex modules and / or flex films can be designed, for example, as a polyimide printed circuit board and / or as a flexible printed circuit board. This advantageously enables punching grid-free evaluation and control units which can be used in a gearbox, since the electrical and / or electronic components can be arranged on such a flex foil and / or on a flex module. Thus, a cost-effective alternative to evaluation and control units based on stamped gratings and / or ceramic substrates can be created in an advantageous manner. Furthermore, such flex foils can be advantageously connected by means of the connection arrangement according to the invention to circuit carriers and / or to further flex foils and / or flex modules. Advantageously, the use of flex films and / or flex modules in conjunction with the connection arrangement according to the invention can enable the partial use of flexible printed circuit board technology without constructing complete circuit boards in flexible technology.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann das elektrisch leitende Füllmaterial in einer flüssigen oder pastösen Form in die Durchkontaktierungen eingebracht werden und diese zumindest teilweise füllen, wobei das elektrisch leitende Füllmaterial ausgehärtet wird und im ausgehärteten Zustand die Säule ausbilden kann. Somit kann in vorteilhafter Weise eine Verkürzung von Entwicklungszeiten, insbesondere bei der Herstellung von Mustern, sowie eine Einsparung von Werkzeugkosten erzielt werden, da sich das flüssige Material nahezu perfekt und ohne weitere Hilfsmittel an den vorgegeben Raum der Durchkontaktierungen anpasst.In a further advantageous embodiment of the method according to the invention, the electrically conductive filler can be introduced in a liquid or pasty form in the vias and at least partially fill, wherein the electrically conductive filler is cured and can form the column in the cured state. Thus, a shortening of development times, in particular in the production of patterns, and a saving of tooling costs can be achieved in an advantageous manner, since the liquid material adapts almost perfectly and without further aids to the predetermined space of the plated-through holes.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens können über mindestens eine Durchkontaktierung mehrere innenliegende elektrisch leitende Bereiche des ersten Kontaktpartners mit dem mindestens einen elektrisch leitenden Bereich des zweiten Kontaktpartners elektrisch leitend verbunden werden. In vorteilhafter Weise kann eine Baugruppe, wie beispielsweise eine mehrlagige Leiterplatte und/oder eine Sensoreinheit und/oder eine Auswerteund Steuereinheit oder andere periphere Schaltungsbestandteile, wie beispielsweise einen Stecker, mit einer weiteren Baugruppe verbunden werden. Hierbei kann mindestens eine Baugruppe in vorteilhafter Weise eine Flexfolie und/oder ein Flexmodul umfassen.In a further advantageous embodiment of the method according to the invention, a plurality of internal electrically conductive regions of the first contact partner can be electrically conductively connected to the at least one electrically conductive region of the second contact partner via at least one plated through hole. Advantageously, an assembly, such as a multilayer printed circuit board and / or a sensor unit and / or an evaluation and control unit or other peripheral circuit components, such as a plug, are connected to another assembly. In this case, at least one module can advantageously comprise a flex foil and / or a flex module.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens können die beiden Kontaktpartner ausgerichtet und über eine Fixierungsanordnung in der ausgerichteten Position vorfixiert werden. Beispielsweise können die Kontaktpartner in vorteilhafter Weise über eine Fügehilfe ausgerichtet werden. Die Fixiervorrichtung kann als Klemmvorrichtung und/oder als Nietvorrichtung ausgeführt werden. Diese Fixiervorrichtungen sind in vorteilhafter Weise verlässlich und kostengünstig umsetzbar.In a further advantageous embodiment of the method according to the invention, the two contact partners can be aligned and prefixed via a fixing arrangement in the aligned position. For example, the contact partners can be aligned in an advantageous manner via a joining aid. The fixing device can be designed as a clamping device and / or as a riveting device. These fixing devices can be reliably and inexpensively implemented in an advantageous manner.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. In den Zeichnungen bezeichnen gleiche Bezugszeichen Komponenten bzw. Elemente, die gleiche bzw. analoge Funktionen ausführen.Embodiments of the invention are illustrated in the drawings and are explained in more detail in the following description. In the drawings, like reference numerals designate components that perform the same or analog functions.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen Brief description of the drawings
Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention
Wie aus
Erfindungsgemäß umfasst der mindestens eine erste Kontaktbereich
Die dargestellten Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Verbindungsanordnung
Wie aus
Wie aus
Wie aus
Wie aus
Wie aus
In einem nicht dargestellten Ausführungsbeispiel können auch zwei Flexfolien
Wie aus
In einem nicht dargestellten Verfahren zum Verbinden von mindestens zwei Kontaktpartnern
Erfindungsgemäß wird in den mindestens einen ersten Kontaktbereich
Über die mindestens eine erste Durchkontaktierung
In einem optionalen Verfahrensschritt können die beiden Kontaktpartner
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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- DE 102008058025 A1 [0005] DE 102008058025 A1 [0005]
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