JP2001007352A - 光・電気混載モジュール - Google Patents
光・電気混載モジュールInfo
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- JP2001007352A JP2001007352A JP11178770A JP17877099A JP2001007352A JP 2001007352 A JP2001007352 A JP 2001007352A JP 11178770 A JP11178770 A JP 11178770A JP 17877099 A JP17877099 A JP 17877099A JP 2001007352 A JP2001007352 A JP 2001007352A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 光素子を高速駆動する場合、光素子と電気素
子を近接して実装する必要があるが、この配置をとると
光素子と電気素子の間で熱干渉が生じ、光素子の正常動
作を妨げていた。 【解決手段】 光素子３の電極のうち一部が、実装基板
１に実装された電気素子２上の電極に、残りの一部が実
装基板１上の電極にフリップチップバンプ４を用いて接
続されている。
子を近接して実装する必要があるが、この配置をとると
光素子と電気素子の間で熱干渉が生じ、光素子の正常動
作を妨げていた。 【解決手段】 光素子３の電極のうち一部が、実装基板
１に実装された電気素子２上の電極に、残りの一部が実
装基板１上の電極にフリップチップバンプ４を用いて接
続されている。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光通信における光
電気変換機能を有する、光素子と電気素子が搭載された
光・電気混載モジュールに関する。
電気変換機能を有する、光素子と電気素子が搭載された
光・電気混載モジュールに関する。
【０００２】
【従来の技術】通信の大容量化、高速化を実現するため
に、光交換機や光インターコネクション装置等が、活発
に開発されている。それらの装置は、電気信号処理部
と、光信号処理部と、光信号を電気信号へ、又は電気信
号を光信号へ変換する光−電気変換部とから構成されて
いる。光電気変換部は、ＬＤ（レーザダイオード）又は
ＰＤ（フォトダイオード）等の光電変換素子と、それを
駆動または増幅する電気素子とから構成されている。
に、光交換機や光インターコネクション装置等が、活発
に開発されている。それらの装置は、電気信号処理部
と、光信号処理部と、光信号を電気信号へ、又は電気信
号を光信号へ変換する光−電気変換部とから構成されて
いる。光電気変換部は、ＬＤ（レーザダイオード）又は
ＰＤ（フォトダイオード）等の光電変換素子と、それを
駆動または増幅する電気素子とから構成されている。
【０００３】現状の光インターコネクション装置では、
光素子および光導波路が配されている基板には、それら
の特性のためシリコン基板を用いている場合が多く、ま
た電気素子および電気配線が配されている基板には、セ
ラミック基板またはプリント基板が多く用いられ、電気
素子を備えた基板上に、光素子を備えた基板を搭載し、
互いの電気配線をボンディングワイヤーにより接続する
構成が採られている。また、シリコン基板上に電気素子
及び光素子を実装し、そのシリコン基板の表面に形成し
た電気配線で両素子を接続する構成や、特開平９−２６
５３０号公報のように、片面に光素子が、もう一方の面
に電気素子が実装された両面実装形のサブ基板を、実装
基板にバンプを用いて実装する構成なども提案されてい
る。
光素子および光導波路が配されている基板には、それら
の特性のためシリコン基板を用いている場合が多く、ま
た電気素子および電気配線が配されている基板には、セ
ラミック基板またはプリント基板が多く用いられ、電気
素子を備えた基板上に、光素子を備えた基板を搭載し、
互いの電気配線をボンディングワイヤーにより接続する
構成が採られている。また、シリコン基板上に電気素子
及び光素子を実装し、そのシリコン基板の表面に形成し
た電気配線で両素子を接続する構成や、特開平９−２６
５３０号公報のように、片面に光素子が、もう一方の面
に電気素子が実装された両面実装形のサブ基板を、実装
基板にバンプを用いて実装する構成なども提案されてい
る。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上述の構成において、
光素子を高速駆動させる場合には、光素子と電気素子を
近接して実装し、両素子間を結ぶ電気配線長をできる限
り短くする必要がある。ところが、両素子の位置を近づ
けすぎると、電気素子を駆動したときに生じる熱が光素
子に達し、光素子の正常動作を妨げてしまう。したがっ
て、従来構造には光素子の高速駆動に限界があった。
光素子を高速駆動させる場合には、光素子と電気素子を
近接して実装し、両素子間を結ぶ電気配線長をできる限
り短くする必要がある。ところが、両素子の位置を近づ
けすぎると、電気素子を駆動したときに生じる熱が光素
子に達し、光素子の正常動作を妨げてしまう。したがっ
て、従来構造には光素子の高速駆動に限界があった。
【０００５】例えば、特開平９−２６５３０号公報の発
明では、光素子と電気素子の電気接続はサブ基板を挟ん
で行われているため、両素子間の配線長を短くするのに
限界があり、その結果、光素子の高速駆動に限界が生じ
る。また、光素子が実装されたサブ基板を実装基板上に
実装するため、素子の高密度実装にも限界がある。
明では、光素子と電気素子の電気接続はサブ基板を挟ん
で行われているため、両素子間の配線長を短くするのに
限界があり、その結果、光素子の高速駆動に限界が生じ
る。また、光素子が実装されたサブ基板を実装基板上に
実装するため、素子の高密度実装にも限界がある。
【０００６】シリコン基板上に実装した電気素子及び光
素子を、その基板表面の電気配線で接続した構成におい
ても、両素子の熱干渉を避けるため両素子間の配線長を
短くするのには限界があるため、光素子の高速駆動に限
界がある。
素子を、その基板表面の電気配線で接続した構成におい
ても、両素子の熱干渉を避けるため両素子間の配線長を
短くするのには限界があるため、光素子の高速駆動に限
界がある。
【０００７】また、光素子の高速駆動化のために、電気
素子と光素子との接続部は電気的なインダクタンスや、
容量が非常に低いものが望ましい。
素子と光素子との接続部は電気的なインダクタンスや、
容量が非常に低いものが望ましい。
【０００８】本発明の目的は、上記従来技術の課題に鑑
み、光素子をより高速駆動させることができるととも
に、光素子の特性が安定する光・電気混載モジュールを
提供することにある。
み、光素子をより高速駆動させることができるととも
に、光素子の特性が安定する光・電気混載モジュールを
提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、基板上に光素子と電気素子とを少なくとも
備えた光・電気混載モジュールであって、前記光素子の
電極の内、一部が前記電気素子上の電極に、残りの一部
が前記基板上の電極にフリップチップバンプを用いて直
接接続されたことを特徴とする。この場合、前記電気素
子を前記基板に設けたくぼみ部に搭載することで、前記
電気素子上の電極と前記基板上の電極とを同一面に位置
させることが好ましい。
に本発明は、基板上に光素子と電気素子とを少なくとも
備えた光・電気混載モジュールであって、前記光素子の
電極の内、一部が前記電気素子上の電極に、残りの一部
が前記基板上の電極にフリップチップバンプを用いて直
接接続されたことを特徴とする。この場合、前記電気素
子を前記基板に設けたくぼみ部に搭載することで、前記
電気素子上の電極と前記基板上の電極とを同一面に位置
させることが好ましい。
【００１０】また、上記の構成に代えて、前記電気素子
の電極の内、一部が前記光素子上の電極に、残りの一部
が前記基板上の電極にフリップチップバンプを用いて直
接接続されたものであってもよい。この場合でも、前記
光素子を前記基板に設けたくぼみ部に搭載することで、
前記光素子上の電極と前記基板上の電極とを同一面に位
置させることが好ましい。
の電極の内、一部が前記光素子上の電極に、残りの一部
が前記基板上の電極にフリップチップバンプを用いて直
接接続されたものであってもよい。この場合でも、前記
光素子を前記基板に設けたくぼみ部に搭載することで、
前記光素子上の電極と前記基板上の電極とを同一面に位
置させることが好ましい。
【００１１】上記のような構成では、前記基板は前記光
素子と前記電気素子の間の熱干渉を抑止するための構造
を備えていることが好ましい。
素子と前記電気素子の間の熱干渉を抑止するための構造
を備えていることが好ましい。
【００１２】上記のような光・電気混載モジュールで
は、基板上において光素子と電気素子をフリップチップ
バンプによって直接接続することにより、両素子間の電
気配線長がバンプ径のみの短い長さになって、光素子を
高速動作させることが可能となる。しかも、光素子に形
成される電極パッド数は電気素子に比べ非常に少なく、
バンプの径も微小であるため、電気素子の駆動時の熱は
光素子に伝達されにくくなり、光素子の特性が安定す
る。またこの構造では、光素子、電気素子を基板上に高
密度に実装することが可能である。
は、基板上において光素子と電気素子をフリップチップ
バンプによって直接接続することにより、両素子間の電
気配線長がバンプ径のみの短い長さになって、光素子を
高速動作させることが可能となる。しかも、光素子に形
成される電極パッド数は電気素子に比べ非常に少なく、
バンプの径も微小であるため、電気素子の駆動時の熱は
光素子に伝達されにくくなり、光素子の特性が安定す
る。またこの構造では、光素子、電気素子を基板上に高
密度に実装することが可能である。
【００１３】
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。
て図面を参照して説明する。
【００１４】（第１の実施の形態）図１は本発明の第１
の実施の形態による光・電気混載モジュールを示す断面
図である。この図に示す形態の光・電気混載モジュール
は、一部が窪んだ実装基板１と、その窪み部の底面にダ
イボンディングされた電気素子２と、電気素子２と実装
基板１を跨り、電気素子２上面の電極パッドと実装基板
１上の電極パッドにバンプ４を介して接続された光素子
３とを基本構成として備えている。前記窪み部に配置さ
れた電気素子２の表面と実装基板１の表面とが同一面に
あることが製造上好ましい。また本例では、光素子３を
駆動する電気素子２とは別機能の電気素子５が、バンプ
６により実装基板１と電気素子２に電気的に接続されて
いる。なお、実装基板１にＶ溝を設け、そのＶ溝内に光
ファイバ７を固定することで、光素子３を用いた光通信
が可能となる。
の実施の形態による光・電気混載モジュールを示す断面
図である。この図に示す形態の光・電気混載モジュール
は、一部が窪んだ実装基板１と、その窪み部の底面にダ
イボンディングされた電気素子２と、電気素子２と実装
基板１を跨り、電気素子２上面の電極パッドと実装基板
１上の電極パッドにバンプ４を介して接続された光素子
３とを基本構成として備えている。前記窪み部に配置さ
れた電気素子２の表面と実装基板１の表面とが同一面に
あることが製造上好ましい。また本例では、光素子３を
駆動する電気素子２とは別機能の電気素子５が、バンプ
６により実装基板１と電気素子２に電気的に接続されて
いる。なお、実装基板１にＶ溝を設け、そのＶ溝内に光
ファイバ７を固定することで、光素子３を用いた光通信
が可能となる。
【００１５】図１に示した構造によれば、電気素子２と
光素子３の間をバンプ４を用いて直接接続するため、両
素子間の電気配線長がバンプ径のみの短い長さになっ
て、光素子３の高速動作が可能になる。電気素子２と電
気素子５との間もバンプ６を用いて直接接続するため、
電気素子２と電気素子５の間でも高速に信号のやりとり
をすることができる。また、光素子３に形成される電極
パッド数は電気素子に比べ非常に少なく、バンプ４の径
も１００μｍ以下と微小であるため、電気素子２の駆動
時の熱は光素子３に伝達されにくくなり、両素子間の熱
干渉が抑えられる。その結果、光素子３の特性が安定す
る。
光素子３の間をバンプ４を用いて直接接続するため、両
素子間の電気配線長がバンプ径のみの短い長さになっ
て、光素子３の高速動作が可能になる。電気素子２と電
気素子５との間もバンプ６を用いて直接接続するため、
電気素子２と電気素子５の間でも高速に信号のやりとり
をすることができる。また、光素子３に形成される電極
パッド数は電気素子に比べ非常に少なく、バンプ４の径
も１００μｍ以下と微小であるため、電気素子２の駆動
時の熱は光素子３に伝達されにくくなり、両素子間の熱
干渉が抑えられる。その結果、光素子３の特性が安定す
る。
【００１６】図２は図１に示した光・電気混載モジュー
ルの製造過程を示す断面図である。
ルの製造過程を示す断面図である。
【００１７】まず図２（ａ）に示すように、電気素子２
が実装基板１の窪み部の底面にダイボンディングによっ
て実装される。この場合、実装基板１の窪み部の底面に
蒸着した金に、シリコンからなる電気素子２を加熱しな
がら圧着することで、実装基板１と電気素子２の間に金
―シリコン共晶合金が作られるので、実装基板１の窪み
部の底面に電気素子２が接着される。
が実装基板１の窪み部の底面にダイボンディングによっ
て実装される。この場合、実装基板１の窪み部の底面に
蒸着した金に、シリコンからなる電気素子２を加熱しな
がら圧着することで、実装基板１と電気素子２の間に金
―シリコン共晶合金が作られるので、実装基板１の窪み
部の底面に電気素子２が接着される。
【００１８】次に図２（ｂ）に示すように、光素子３が
実装基板１と電気素子２とに跨るようにフリップチップ
ボンディング法で実装される。この場合、金−錫の合金
からなる半田バンプ４を用いて、光素子３上面の複数の
電極パッドのうちの一部が電気素子２上面の電極パッド
に、その残りの部分が実装基板１上面の電極パッドに接
続される。また、半田バンプの溶融時のセルフアライン
メント効果によって、光素子３を高い位置精度で実装す
ることができる。
実装基板１と電気素子２とに跨るようにフリップチップ
ボンディング法で実装される。この場合、金−錫の合金
からなる半田バンプ４を用いて、光素子３上面の複数の
電極パッドのうちの一部が電気素子２上面の電極パッド
に、その残りの部分が実装基板１上面の電極パッドに接
続される。また、半田バンプの溶融時のセルフアライン
メント効果によって、光素子３を高い位置精度で実装す
ることができる。
【００１９】次に図２（ｃ）に示すように、電気素子５
が実装基板１と電気素子２とに跨るようにフリップチッ
プボンディング法で実装される。この場合、鉛−錫の合
金からなる半田バンプ６を用いて、電気素子５上面の複
数の電極パッドのうちの一部が電気素子２上面の電極パ
ッドに、その残りの部分が実装基板１上面の電極パッド
に接続される。この実装工程では半田バンプ６に鉛−錫
の合金が用いられ、前段の光素子実装工程で用いた金−
錫の合金からなる半田バンプ４に比べて融点の低い材料
となっている。そのため、電気素子５の実装に際する半
田バンプ６の溶融時に、光素子３の半田バンプ４が溶融
されることなく、光素子３の位置精度は確保される。
が実装基板１と電気素子２とに跨るようにフリップチッ
プボンディング法で実装される。この場合、鉛−錫の合
金からなる半田バンプ６を用いて、電気素子５上面の複
数の電極パッドのうちの一部が電気素子２上面の電極パ
ッドに、その残りの部分が実装基板１上面の電極パッド
に接続される。この実装工程では半田バンプ６に鉛−錫
の合金が用いられ、前段の光素子実装工程で用いた金−
錫の合金からなる半田バンプ４に比べて融点の低い材料
となっている。そのため、電気素子５の実装に際する半
田バンプ６の溶融時に、光素子３の半田バンプ４が溶融
されることなく、光素子３の位置精度は確保される。
【００２０】以上の工程により、図１に示した光・電気
混載モジュールを作製できる。
混載モジュールを作製できる。
【００２１】また、以上の工程において、電気素子２上
面の電極パッドのうち、光素子３または電気素子５との
電気的な接続に用いられなかった電極パッドは、必要に
応じて、ワイヤーボンディングにより実装基板１上面の
電極パッドと接続される。
面の電極パッドのうち、光素子３または電気素子５との
電気的な接続に用いられなかった電極パッドは、必要に
応じて、ワイヤーボンディングにより実装基板１上面の
電極パッドと接続される。
【００２２】また、電気素子２，５および光素子３の基
板１への実装方法は、電気素子２と基板１の間の接続部
が光素子３と電気素子５の接続工程に耐え、さらに光素
子３と基板１または電気素子２の間の接続部が電気素子
５の接続工程に耐えられる方法であれば、上述の製造方
法に限らなくてもよい。例えば、電気素子２と基板１の
間の接続部に、鉛−錫の合金からなる半田や、耐熱性接
着剤を用いてもよい。
板１への実装方法は、電気素子２と基板１の間の接続部
が光素子３と電気素子５の接続工程に耐え、さらに光素
子３と基板１または電気素子２の間の接続部が電気素子
５の接続工程に耐えられる方法であれば、上述の製造方
法に限らなくてもよい。例えば、電気素子２と基板１の
間の接続部に、鉛−錫の合金からなる半田や、耐熱性接
着剤を用いてもよい。
【００２３】さらに、各素子２，３，５の実装時の熱の
影響で各素子２，３，５にストレスが加わらないため
に、各素子２，３，５と実装基板１との線膨張係数はで
きる限り近いことが望ましい。
影響で各素子２，３，５にストレスが加わらないため
に、各素子２，３，５と実装基板１との線膨張係数はで
きる限り近いことが望ましい。
【００２４】（第２の実施の形態）上述した形態におい
て光素子３と電気素子２の熱干渉をさらに抑止するため
には、実装基板１は両素子間の熱干渉を抑止する材質、
又はその抑止機能を持つ構造であることが好ましい。こ
こでは、図３を参照し、熱干渉をさらに抑止する構造の
例を説明する。その構造は図３に示すように、電気素子
２を実装した実装基板１の窪み部の底面と、実装基板１
の電気素子２や光素子３等の実装面と反対側面とを結ぶ
金属ビア８を複数形成し、前記実装面と反対側面にヒー
トシンク９を貼付けたものである。このような構造によ
れば、電気素子２で発生した熱が金属ビア８を通ってヒ
ートシンク９で放出されるので、電気素子２からの熱は
第１の実施の形態よりも光素子３に達しにくくなる。よ
って、高速通信時の光素子３の動作をより安定させるこ
とができる。
て光素子３と電気素子２の熱干渉をさらに抑止するため
には、実装基板１は両素子間の熱干渉を抑止する材質、
又はその抑止機能を持つ構造であることが好ましい。こ
こでは、図３を参照し、熱干渉をさらに抑止する構造の
例を説明する。その構造は図３に示すように、電気素子
２を実装した実装基板１の窪み部の底面と、実装基板１
の電気素子２や光素子３等の実装面と反対側面とを結ぶ
金属ビア８を複数形成し、前記実装面と反対側面にヒー
トシンク９を貼付けたものである。このような構造によ
れば、電気素子２で発生した熱が金属ビア８を通ってヒ
ートシンク９で放出されるので、電気素子２からの熱は
第１の実施の形態よりも光素子３に達しにくくなる。よ
って、高速通信時の光素子３の動作をより安定させるこ
とができる。
【００２５】（第３の実施の形態）また、上述した第１
及び第２の実施の形態において電気素子２と光素子３と
の配置を逆にした構成であってもよい。ここでは、その
構成例を図４を参照して説明する。図４に示す構成例で
は、実装基板１の窪み部の底面に光素子３が実装され、
光素子３と実装基板１との表面が揃えられている。そし
て、電気素子２が光素子３と実装基板１とに跨るように
してフリップチップボンディング法で実装されている。
このような構成においても、上述した実施形態と同様、
光素子３の安定した高速駆動が実現できる。さらに、電
気素子２にヒートシンク９を貼り付けることで、その効
果がより一層なものとなる。
及び第２の実施の形態において電気素子２と光素子３と
の配置を逆にした構成であってもよい。ここでは、その
構成例を図４を参照して説明する。図４に示す構成例で
は、実装基板１の窪み部の底面に光素子３が実装され、
光素子３と実装基板１との表面が揃えられている。そし
て、電気素子２が光素子３と実装基板１とに跨るように
してフリップチップボンディング法で実装されている。
このような構成においても、上述した実施形態と同様、
光素子３の安定した高速駆動が実現できる。さらに、電
気素子２にヒートシンク９を貼り付けることで、その効
果がより一層なものとなる。
【００２６】なお、本発明は上述した第１〜第３の実施
の形態に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を
逸脱しない範囲で種々の変更・改良等を加えることは何
ら差し支えない。
の形態に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を
逸脱しない範囲で種々の変更・改良等を加えることは何
ら差し支えない。
【００２７】
【発明の効果】以上説明したように本発明は、基板上に
光素子と電気素子をフリップチップバンプによって直接
接続したことにより、電気素子と光素子間の熱干渉を抑
えて、光素子が安定に高速動作することのできる光・電
気混載モジュールを得ることができる。
光素子と電気素子をフリップチップバンプによって直接
接続したことにより、電気素子と光素子間の熱干渉を抑
えて、光素子が安定に高速動作することのできる光・電
気混載モジュールを得ることができる。
【図１】本発明の第１の実施の形態による光・電気混載
モジュールを示す断面図である。
モジュールを示す断面図である。
【図２】図１に示した光・電気混載モジュールの製造過
程を示す断面図である。
程を示す断面図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態による光・電気混載
モジュールを示す断面図である。
モジュールを示す断面図である。
【図４】本発明の第３の実施の形態による光・電気混載
モジュールを示す断面図である。
モジュールを示す断面図である。
１ 基板 ２ 電気素子 ３ 光素子 ４、６ バンプ ５ 電気素子 ７ 光ファイバ ８ 金属ビア（Metal Via） ９ ヒートシンク
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 嶋田 勇三 東京都港区芝五丁目７番１号 日本電気株 式会社内 Ｆターム(参考） 5F088 BA02 BA20 BB01 EA06 JA01 JA09
Claims (9)
- 【請求項１】 基板上に光素子と電気素子とを少なくと
も備えた光・電気混載モジュールであって、 前記光素子の電極の内、一部が前記電気素子上の電極
に、残りの一部が前記基板上の電極にフリップチップバ
ンプを用いて直接接続されたことを特徴とする光・電気
混載モジュール。 - 【請求項２】 前記電気素子上の電極と前記基板上の電
極とを同一面に配置するために、前記電気素子は前記基
板に設けたくぼみ部に搭載されていることを特徴とする
請求項１に記載の光・電気混載モジュール。 - 【請求項３】 基板上に光素子と電気素子とを少なくと
も備えた光・電気混載モジュールであって、 前記電気素子の電極の内、一部が前記光素子上の電極
に、残りの一部が前記基板上の電極にフリップチップバ
ンプを用いて直接接続されたことを特徴とする光・電気
混載モジュール。 - 【請求項４】 前記光素子上の電極と前記基板上の電極
とを同一面に配置するために、前記光素子は前記基板に
設けたくぼみ部に搭載されていることを特徴とする請求
項３に記載の光・電気混載モジュール。 - 【請求項５】 前記基板は前記光素子と前記電気素子の
間の熱干渉を抑止するための構造を備えたことを特徴と
する請求項１から４のいずれか１項に記載の光・電気混
載モジュール。 - 【請求項６】 前記基板には、前記電気素子が搭載され
たくぼみ部の底面と、該くぼみ部の底面と反対側の面と
を結ぶ放熱用の金属ビアが形成されていることを特徴と
する請求項２に記載の光・電気混載モジュール。 - 【請求項７】 前記基板の、前記くぼみ部の底面と反対
側の面に放熱部品を貼り付けたことを特徴とする請求項
６に記載の光・電気混載モジュール。 - 【請求項８】 前記電気素子に放熱部品を貼り付けたこ
とを特徴とする請求項３又は４に記載の光・電気混載モ
ジュール。 - 【請求項９】 前記基板には、前記光素子と光結合させ
る光ファイバが固定されていることを特徴とする請求項
１から８のいずれか１項に記載の光・電気混載モジュー
ル。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17877099A JP3371954B2 (ja) | 1999-06-24 | 1999-06-24 | 光・電気混載モジュール |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17877099A JP3371954B2 (ja) | 1999-06-24 | 1999-06-24 | 光・電気混載モジュール |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
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