JP2003068797A - ピン付き配線基板およびこれを用いた電子装置 - Google Patents

ピン付き配線基板およびこれを用いた電子装置

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JP2003068797A JP2001261513A JP2001261513A JP2003068797A JP 2003068797 A JP2003068797 A JP 2003068797A JP 2001261513 A JP2001261513 A JP 2001261513A JP 2001261513 A JP2001261513 A JP 2001261513A JP 2003068797 A JP2003068797 A JP 2003068797A
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conductor
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英樹 伊藤
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 リードピンが容易に取れることがなく、搭載
する電子部品を外部電気回路に正常に接続することがで
きるピン付き配線基板および電子装置を提供すること。 【解決手段】 配線導体2を有する有機材料系の絶縁基
板1の下面に配線導体2と電気的に接続された導体層か
ら成るピン付けパッド2bを設けるとともにこのピン付
けパッド2bに略円柱状のリードピン3を半田9を介し
て立設して成るピン付き配線基板であって、ピン付けパ
ッド2bを形成する導体層は、その側面がその底面に対
して45〜60度の角度θで傾斜している。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体素子等の電
子部品を搭載するために用いられるピン付き配線基板お
よびこのピン付き配線基板上に半導体素子等の電子部品
を搭載して成る電子装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】近時、半導体素子等の電子部品を搭載す
るために用いられるピン付き配線基板として、例えばガ
ラス−エポキシ板等から成る絶縁板やエポキシ樹脂等か
ら成る絶縁層を複数層積層して成る絶縁基板の上面から
下面にかけて銅箔等の導体層から成る複数の配線導体を
設けるとともにこれらの配線導体の絶縁基板下面に導出
した部位に導体層から成るピン付けパッドを形成し、こ
れらのピン付けパッドに、円柱状の軸部の上端に厚みが
この軸部の直径の半分程度で直径が厚みの3倍程度の円
板状の径大部を設けて成る略円柱状のリードピンをその
径大部を突き当てて半田付けすることにより立設して成
る有機材料系のピン付き配線基板が採用されるようにな
ってきている。このような有機材料系のピン付き配線基
板は、セラミック材料系のピン付き配線基板と比較して
軽量であり、かつ配線導体の電気抵抗が小さいという有
利な面を有している。そして、このような有機材料系の
ピン付き配線基板においては絶縁基板の上面に電子部品
を搭載するとともに電子部品の電極と配線導体とを半田
バンプやボンディングワイヤ等を介して電気的に接続し
た後、電子部品を金属やセラミックから成る蓋体やポッ
ティング樹脂等から成る封止部材により封止することに
よって製品としての電子装置となり、この電子装置にお
いては、絶縁基板下面のリードピンを外部電気回路基板
の配線導体にソケットや半田等を介して接続することに
より外部電気回路基板上に実装されるとともに搭載する
電子部品が外部電気回路に電気的に接続されることとな
る。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この従
来の有機材料系のピン付き配線基板およびこれを用いた
電子装置によると、リードピンを例えば30N程度の力で
垂直あるいは斜め方向に引っ張ると、その力が前記ピン
付パッドを形成する導体層の外周縁と絶縁基板との接合
部に大きく集中して作用してピン付パッドに剥離が発生
し、そのためリードピンがピン付けパッドとともに絶縁
基板から取れてしまい、そのようにリードピンが絶縁基
板から取れてしまうと搭載する電子部品を外部電気回路
に正常に接続することができなくなってしまうという問
題点を有していた。
【0004】本発明はかかる従来の問題点に鑑み完成さ
れたものであり、その目的は、50N程度の力でリードピ
ンを引っ張ったとしてもリードピンが取れることがな
く、搭載する電子部品を外部電気回路に正常に接続する
ことができる信頼性の高いピン付き配線基板および電子
装置を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明のピン付き配線基
板は、配線導体を有する有機材料系の絶縁基板の下面に
配線導体と電気的に接続された導体層から成るピン付け
パッドを設けるとともにこのピン付けパッドに略円柱状
のリードピンを半田を介して立設して成るピン付き配線
基板であって、ピン付けパッドを形成する導体層は、そ
の側面がその底面に対して45〜60度の角度で傾斜してい
ることを特徴とするものである。
【0006】また、本発明の電子装置は、配線導体を有
する有機材料系の絶縁基板の下面に配線導体と電気的に
接続された導体層から成るピン付けパッドを設けるとと
もにこのピン付けパッドに略円柱状のリードピンを半田
を介して立設して成るピン付き配線基板に電子部品を搭
載するとともにこの電子部品の電極と配線導体とを電気
的に接続して成る電子装置であって、ピン付けパッドを
形成する導体層は、その側面がその底面に対して45〜60
度の角度で傾斜していることを特徴とするものである。
【0007】本発明のピン付き配線基板およびこれを用
いた電子装置によれば、ピン付けパッドを形成する導体
層の側面をその底面に対して45〜60度の角度で傾斜させ
たことから、リードピンを引っ張る力がピン付けパッド
を形成する導体層の外周縁に印加されたとしても、その
力による応力はピン付けパッドの傾斜した側面により良
好に分散され、その結果、ピン付けパッドに剥離が発生
することにを有効に防止してリードピンを絶縁基板に強
固に接合することができる。
【0008】
【発明の実施の形態】つぎに、本発明を添付の図面に基
づき詳細に説明する。図1は、本発明を半導体素子を搭
載するためのピン付き配線基板およびこれに半導体素子
を搭載した電子装置に適用した場合の実施の形態の一例
を示す断面図であり、1は絶縁基板、2は配線導体、3
はリードピンである。この絶縁基板1と配線導体2とリ
ードピン3とで本発明のピン付き配線基板が構成され、
これに電子部品としての半導体素子4を搭載することに
より本発明の電子装置が形成される。
【0009】絶縁基板1は、例えばガラス繊維を縦横に
織り込んだガラス織物にエポキシ樹脂やビスマレイミド
トリアジン樹脂等の熱硬化性樹脂を含浸させて成る板状
の芯体1aの上下面にエポキシ樹脂やビスマレイミドト
リアジン樹脂等の熱硬化性樹脂から成る絶縁層1bをそ
れぞれ複数層ずつ積層して成る有機材料系の多層板であ
り、その上面から下面にかけては銅箔や銅めっき膜等の
導体層から成る複数の配線導体2が形成されている。
【0010】絶縁基板1を構成する芯体1aは、厚みが
0.3〜1.5mm程度であり、その上面から下面にかけて直
径が0.1〜1.0mm程度の複数の貫通孔5を有している。
そして、その上下面および各貫通孔5の内壁には配線導
体2の一部が被着されており、上下面の配線導体2が貫
通孔5を介して電気的に接続されている。
【0011】このような芯体1aは、ガラス織物に未硬
化の熱硬化性樹脂を含浸させたシートを熱硬化させた
後、これに上面から下面にかけてドリル加工を施すこと
により製作される。なお、芯体1a上下面の配線導体2
は、芯体1a用のシートの上下全面に厚みが3〜50μm
程度の銅箔を貼着しておくとともにこの銅箔をシートの
硬化後にエッチング加工することにより所定のパターン
に形成される。また、貫通孔5内壁の配線導体2は、芯
体1aに貫通孔5を設けた後に、この貫通孔5内壁に無
電解めっき法および電解めっき法により厚みが3〜50μ
m程度の銅めっき膜を析出させることにより形成され
る。
【0012】さらに、芯体1aは、その貫通孔5の内部
にエポキシ樹脂やビスマレイミドトリアジン樹脂等の熱
硬化性樹脂から成る樹脂柱6が充填されている。樹脂柱
6は、貫通孔5を塞ぐことにより貫通孔5の直上および
直下に絶縁層1bを形成可能とするためのものであり、
未硬化のペースト状の熱硬化性樹脂を貫通孔5内にスク
リーン印刷法により充填し、これを熱硬化させた後、そ
の上下面を略平坦に研磨することにより形成される。そ
して、この樹脂柱6を含む芯体1aの上下面に絶縁層1
bが積層されている。
【0013】芯体1aの上下面に積層された絶縁層1b
は、それぞれの厚みが20〜60μm程度であり、各層の上
面から下面にかけて直径が30〜100μm程度の複数の貫
通孔7を有している。これらの絶縁層1bは、配線導体
2を高密度に配線するための絶縁間隔を提供するための
ものである。そして、上層の配線導体2と下層の配線導
体2とを貫通孔7を介して電気的に接続することにより
高密度配線を立体的に形成可能としている。このような
絶縁層1bは、厚みが20〜60μm程度の未硬化の熱硬化
性樹脂のフィルムを芯体1a上下面に貼着し、これを熱
硬化させるとともにレーザー加工により貫通孔7を穿孔
し、さらにその上に同様にして次の絶縁層1bを順次積
み重ねることによって形成される。なお、各絶縁層1b
表面および貫通孔7内に被着された配線導体2は、各絶
縁層1bを形成する毎に各絶縁層1bの表面および貫通
孔7内に5〜50μm程度の厚みの銅めっき膜を公知のセ
ミアディティブ法やサブトラクティブ法等のパターン形
成法により所定のパターンに被着させることによって形
成される。
【0014】絶縁基板1の上面から下面にかけて形成さ
れた配線導体2は、半導体素子4の各電極を外部電気回
路基板に接続するための導電路として機能し、絶縁基板
1の上面に設けられた部位の一部が半導体素子4の各電
極に例えば鉛−錫共晶合金から成る半田バンプ8を介し
て接合される電子部品接続パッド2aを、絶縁基板1の
下面に露出した部位の一部が外部接続端子としてのリー
ドピン3を接合するためのピン付けパッド2bを形成し
ており、ピン付けパッド2bにはリードピン3が例えば
鉛−錫−アンチモン合金等の弾性率が50GPa以下の半
田9を介して立設されている。このような電子部品接続
パッド2aおよびピン付けパッド2bは、図2に要部拡
大平面図で示すように、配線導体2に接続された導体層
から成る略円形のパターンの外周部をソルダーレジスト
と呼ばれる最外層の絶縁層1bにより15〜150μm程度
の幅で被覆してその外周縁を画定することによりその直
径φが、電子部品接続パッド2aであれば略70〜200μ
m程度に、ピン付けパッド2bであれば略0.5〜2.5mm
程度になるように形成されている。なお、このようなソ
ルダーレジスト1bにより電子部品接続パッド2a同士
あるいはピン付けパッド2b同士の半田8や9による電
気的な短絡が有効に防止されるとともに電子部品接続パ
ッド2aおよびピン付けパッド2bの絶縁基板1に対す
る接合強度が高いものとなっている。
【0015】また、ピン付けパッド2bに接合されたリ
ードピン3は搭載する半導体素子4を外部電気回路に接
続するための外部接続端子として機能する。
【0016】そして、この配線基板においては、電子部
品接続パッド2aに半導体素子4の各電極を半田バンプ
8を介して接合して半導体素子4を搭載するとともにこ
の半導体素子4を図示しない蓋体やポッティング樹脂に
より封止することによって電子装置となり、この電子装
置におけるリードピン3をソケットや半田を介して外部
電気回路基板の配線導体に接続することにより本発明の
電子装置が外部電気回路基板に実装されることとなる。
【0017】なお、リードピン3は、図3に要部拡大断
面図で示すように、例えば銅97.57重量%/鉄2.3重量%
/亜鉛0.1重量%/リン0.03重量%を含有する銅合金か
ら成り、直径がAが0.25〜0.5mm程度で長さが1〜3.5
mm程度の略円柱状の軸部3aの上端に直径Bが0.45〜
1.25mmで厚みCが0.05〜0.3mm程度のネールヘッド
と呼ばれる略円板状の径大部3bを形成して成る。そし
て、この径大部3bをピン付けパッド2bに例えば鉛82
重量%/錫10重量%/アンチモン8重量%を含有する弾
性率が50GPa以下の半田を介して接合することにより
リードピン3がピン付けパッド2bに立設されている。
このように、リードピン3を銅合金で形成すると、絶縁
基体1とリードピン3の熱膨張係数がそれぞれ15ppm
/℃程度と近似したものとなり、これらの間に熱膨張係
数の相違に起因する大きな応力が発生することを有効に
防止することができる。また、半田9の弾性率を50GP
aとしておくと、半田9が弾性変形しやすいことから、
リードピン3に外力が印加された際にその力によってリ
ードピン3とピン付けパッド2bとの間に発生する応力
を半田9で良好に吸収することができる。
【0018】なお、リードピン3の軸部3aの直径Aと
径大部3bの直径Bとの比率B/Aが1.8未満である
と、リードピン3を垂直あるいは斜めに引っ張ったとき
に、リードピン3を引っ張る力が径大部3bの外周部に
大きく印加され、その結果、その力が径大部3b側面と
ピン付けパッド2bとの間に存在する半田9の表面に大
きく集中して作用し、例えば30N程度の力でリードピン
3を引っ張った場合であっても径大部3b側面とピン付
けパッド2bとの間に存在する半田9の表面から半田9
が破断してしまいやすくなり、他方、B/Aが2.5を超
えるとリードピン3を垂直あるいは斜めに引っ張ったと
きに、リードピン3を引っ張る力が径大部3bの中央部
に大きく印加され、その結果、その力が径大部3b頂面
を介して径大部3b頂面とピン付けパッド2bとの間に
存在する半田9内部に大きく集中して作用し、例えば30
N程度の力でリードピン3を引っ張った場合であっても
径大部3b頂面とピン付けパッド2bとの間に存在する
半田9の内部から半田9が破断してしまいやすくなる。
したがって、リードピン3の軸部3aの直径Aと径大部
3bの直径Bとの比率B/Aは1.8≦B/A≦2.5の範囲
が好ましい。
【0019】また、径大部3bの直径Bと径大部3bの
厚みCとの比率B/Cが3.4未満であると、リードピン
3を垂直あるいは斜めに引っ張ったときに、リードピン
3を引っ張る力が径大部3bの外周部に大きく印加さ
れ、その結果、その力が径大部3b側面とピン付けパッ
ド2bとの間に存在する半田9の表面に大きく集中して
作用し、例えば30N程度の力でリードピン3を引っ張っ
た場合であっても径大部3b側面とピン付けパッド2b
との間に存在する半田9の表面から半田9が破断してし
まいやすくなり、他方B/Cが4.4を超えると、リード
ピン3を垂直あるいは斜めに引っ張ったときに、リード
ピン3を引っ張る力が径大部3bの中央部に大きく印加
され、その結果、その力が径大部3b頂面を介して径大
部3b頂面とピン付けパッド2bとの間に存在する半田
9内部に大きく集中して作用し、例えば30N程度の力で
リードピン3を引っ張った場合であっても径大部3b頂
面とピン付けパッド2bとの間に存在する半田9の内部
から半田9が破断してしまいやすくなる。したがって、
径大部3bの直径Bと径大部3bの厚みCとの比率B/
Cは3.4≦B/C≦4.4の範囲が好ましい。
【0020】さらに、径大部3bの直径Bとピン付けパ
ッド2bの露出する外周縁から径大部3bまでの距離D
との比率D/Bが0.01未満であると、ピン付けパッド2
bと半田9との接合面積が狭いものとなり、ピン付けパ
ッド2bと半田9とを強固に接合することが困難となる
とともに、リードピン3に引っ張りの力が印加されたと
きに、この力によって発生する応力がピン付けパッド2
bの外周縁と絶縁基板1との接合部に大きく作用してピ
ン付けパッド2bが絶縁基板1から剥離してしまいやす
くなり、他方、D/Bが0.5を超えると、ピン付けパッ
ド2b上に多量の半田が流れるため、径大部3bとピン
付けパッド2bとの間に適度な大きさの半田9の溜まり
を形成するために多量の半田9が必要となり、そのよう
な多量の半田9を使ってリードピン3とピン付けパッド
2bとを半田付けすると、半田9の一部が径大部3bを
越えてリードピン3の下端部まで流れてしまい、リード
ピン3をソケットや半田を介して外部電気回路基板の配
線導体に電気的に接続する際にその接続が困難となる。
したがって、径大部3bの直径Bとピン付けパッド2b
の外周縁から径大部3bまでの距離Dとの比率D/Bは
0.01≦D/B≦0.5の範囲が好ましい。
【0021】さらに、本発明においては、ピン付けパッ
ド2bを形成する導体層の側面がこの導体層の底面に対
して45〜60度の角度θで傾斜している。そして、そのこ
とが重要である。このように、ピン付けパッド2bを形
成する導体層の側面がこの導体層の底面に対して45〜60
度の角度θで傾斜していることから、リードピン3に引
っ張りの力が印加されたときにその引っ張りの力による
応力がピン付けパッド2bの外周縁に印加されたとして
も、その応力はピン付けパッド2bを形成する導体層の
底面に対して45〜60度の角度で傾斜した側面により良好
に分散され、その結果、例えば50N程度の力でリードピ
ン3を引っ張ったとしてもピン付けパッド2bがその外
周縁から剥離してリードピン3がピン付けパッド2bと
ともに取れてしまうようなことはなく、搭載する電子部
品4を外部電気回路に正常に接続することができる。
【0022】なお、ピン付けパッド2bを形成する導体
層の側面とこの導体層の底面とのなす角度θが45度未満
の場合、ピン付けパッド2bを形成する導体層の側面を
そのような角度θで形成することが困難であるとともに
ピン付けパッド2b用の導体層パターンの底面がその分
大きくなるので隣接するピン付けパッド2b間の電気的
絶縁信頼性が低下する傾向にあり、他方、60度を超える
と、リードピン3に引っ張りの力が印加されたときにそ
の引っ張りの力による応力をピン付けパッド2bを形成
する導体層の側面で良好に分散することができずにピン
付けパッド2bが絶縁基体1から剥離してしまいやすく
なる。したがって、ピン付けパッド2bを形成する導体
層の側面がこの導体層の底面となす角度は45〜60度の範
囲に特定される。
【0023】なお、ピン付けパッド2bを形成する導体
層の側面と底面とのなす角度θを45〜60度の範囲とする
には、ピン付けパッド2bを形成するための導体層のパ
ターンをサブトラクティブ法で形成し、その際に、サブ
トラクティブ法で用いるエッチング液のエッチングファ
クターや温度等をエッチングのされ具合により適宜調整
すればよい。例えば、エッチング液のエッチングファク
ターが小さい程、ピン付けパッド2bを形成する導体層
の側面と底面とのなす角度θを小さいものとすることが
できる。また、エッチング液の温度が低い程、ピン付け
パッド2bを形成する導体層の側面と底面とのなす角度
θを小さいものとすることができる。なお、この際、エ
ッチングに用いる装置としては、スプレー式のエッチン
グ装置よりも浸漬式のエッチング装置を用いることが好
ましい。
【0024】なお、リードピン3をピン付けパッド2b
に半田9を介して接合するには、ピン付けパッド2bに
半田9用の半田ペーストを例えばメタルマスクを用いた
スクリーン印刷法により所定量印刷塗布するとともにそ
の上にリードピン3の径大部3b頂面を突き当てて当接
させ、これらを加熱して半田9を溶融させた後、常温に
冷却する方法が採用される。
【0025】
【実施例】試験用基板としてガラス織物にエポキシ樹脂
を含浸させて成る厚みが0.8mmの芯体上にエポキシ樹
脂から成る厚みが40μmの絶縁層を2層積層するととも
に、最上層の絶縁層上に厚みが15μmの銅めっき層から
成り、上面の直径が1.6mmのピン付けパッド用の導体
層のパターンをその側面と底面とのなす角度を45度・60
度・75度としたものを形成し、その上にエポキシ樹脂か
ら成る厚みが30μmのソルダーレジスト層をピン付けパ
ッド用の導体パターン上に直径が1.4mmの開口を有す
るように被着させ、さらにソルダーレジスト層の開口か
ら露出したピン付けパッドの表面に厚みが5μmのニッ
ケルめっき層および厚みが0.03μmの金めっき層を順次
被着させたものを用意するとともに、ピン付けパッドの
中央部に、銅97.57重量%/鉄2.3重量%/亜鉛0.1重量
%/リン0.03重量%を含有する銅合金から成り、軸部の
直径が0.46mm・軸部の長さが3mm・径大部の直径が
1.1mm・径大部の厚みが0.25mmのリードピンの表面
に厚みが2.5μmのニッケルめっき層および厚みが0.03
μmの金めっき層を順次被着させたものを各10本ずつ用
意し、これらのリードピンの径大部と試験用基板のピン
付けパッドとを鉛82重量%/錫10重量%/アンチモン8
重量%から成る弾性率が21GPaで体積が0.11mm3
半田を介して半田付けすることによって本発明による評
価用試料および比較のための評価用試料を得た。
【0026】かくして得られた各評価用試料を引っ張り
試験機のステージに20゜の角度をつけて固定し、リード
ピンの軸部を引っ張り治具にチャッキングした後、毎分
15mmの速さで引っ張ることにより破断時の荷重を測定
し評価した。その結果、ピン付けパッドを形成する導体
層の側面と底面とがなす角度が45度・60度の本発明によ
る評価用試料では全てのリードピンにおいて1ピンあた
り50〜63Nの接合強度が得られた。また、破断はいずれ
もリードピンの軸部のチャッキング位置から発生し、ピ
ン付けパッドが剥離することはなかった。これに対し、
ピン付けパッドを形成する導体層の側面と底面とがなす
角度が75度の比較用の評価試料では、50N未満でピン付
けパッドが剥離するものがあり、十分な強度が得られな
かった。
【0027】かくして、本発明のピン付き配線基板およ
びこれを用いた電子装置によれば、リードピン3を垂直
あるいは斜めに50N程度の力で引っ張ったとしてもリー
ドピン3がピン付けパッド2bとともに絶縁基板1から
取れることがなく、搭載する電子部品を正常に作動させ
ることが可能なピン付き配線基板および電子装置を提供
することができる。
【0028】なお、本発明は、上述の実施の形態の一例
に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない
範囲であれば種々の変更が可能であることはいうまでも
ない。
【0029】
【発明の効果】本発明のピン付き配線基板およびこれを
用いた電子装置によれば、ピン付けパッドを形成する導
体層の側面をその底面に対して45〜60度の角度で傾斜さ
せたことから、リードピンを引っ張る力がピン付けパッ
ドを形成する導体層の外周縁に印加されたとしても、そ
の力による応力はピン付けパッドの傾斜した側面により
良好に分散され、その結果、ピン付けパッドに剥離が発
生することにを有効に防止してリードピンが絶縁基板に
強固に接合され、搭載する電子部品を外部電気回路に正
常に接続することが可能なピン付き配線基板およびこれ
を用いた電子装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のピン付き配線基板および電子装置の実
施形態例の断面図である。
【図2】本発明のピン付き配線基板および電子装置の実
施形態例の要部拡大平面図である。
【図3】本発明のピン付き配線基板および電子装置の実
施形態例の要部拡大断面図である。
【符号の説明】 1・・・・・絶縁基板 2・・・・・配線導体 2b・・・・ピン付けパッド 3・・・・・リードピン 4・・・・・電子部品としての半導体素子 9・・・・・半田

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 配線導体を有する有機材料系の絶縁基板
    の下面に前記配線導体と電気的に接続された導体層から
    成るピン付けパッドを設けるとともに該ピン付けパッド
    に略円柱状のリードピンを半田を介して立設して成るピ
    ン付き配線基板であって、前記ピン付けパッドを形成す
    る導体層は、その側面がその底面に対して45〜60度
    の角度で傾斜していることを特徴とするピン付き配線基
    板。
  2. 【請求項2】 配線導体を有する有機材料系の絶縁基板
    の下面に前記配線導体と電気的に接続された導体層から
    成るピン付けパッドを設けるとともに該ピン付けパッド
    に略円柱状のリードピンを半田を介して立設して成るピ
    ン付き配線基板に電子部品を搭載するとともに該電子部
    品の電極と前記配線導体とを電気的に接続して成る電子
    装置であって、前記ピン付けパッドを形成する導体層
    は、その側面がその底面に対して45〜60度の角度で
    傾斜していることを特徴とする電子装置。
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