JP2009099600A - 受動素子シート、これを実装した回路配線基板及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】実装形態の薄形化及びその素子特性の確保に優れた受動素子シート、これを実装した回路配線基板及びその製造方法を提供すること。
【解決手段】回路配線基板は、相互に離間する第１及び第２端子部３ａ、３ｂを有する回路配線層３が第１絶縁基板２の一表面に形成された配線基板１と、シート状の第２絶縁基板５の表面に受動素子層６を印刷して形成された受動素子シート４とを備え、受動素子シート４は、前記受動素子層６を前記第１及び第２端子部３ａ、３ｂに対して導電性接着層７ａ、７ｂを介して熱圧着接続することによって前記配線基板１に実装されていることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、部品実装構造の薄形化及びその素子特性の確保に好適な受動素子シート、これを実装した回路配線基板及びその製造方法に関する。

近年、携帯電話やデジタルカメラなどの各種電子機器に組み込まれる回路配線基板は、半導体ＬＳＩやＬＥＤなどの能動素子及び抵抗素子やインダクタなどの受動素子が実装され、その小形化、薄形化、軽量化及び多機能化が要求されてきている。

そこで、例えば抵抗素子が実装される回路配線基板として、次のようにＦＰＣ配線基板を用いるケース（従来技術１）及びメンブレン配線基板を用いるケース（従来技術２）を例示し、各従来技術について説明する。

（従来技術１）
図５に示されているように、ＦＰＣ配線基板５０は、例えばポリイミドのような耐熱性のフレキシブル絶縁基板に銅箔を積層したＣＣＬを基板基材として用い、前記絶縁基板５１表面の銅箔を例えばエッチングによりパターン化して形成された回路配線層５２を有する。前記回路配線層５２は、所定の間隔で対峙する第１及び第２端子部５２ａ、５２ｂを有し、チップ状部品である抵抗素子５３が、その両端を第２端子部５２ａ、５２ｂに、はんだ５４によりそれぞれ接続して前記ＦＰＣ配線基板に実装されている。このような抵抗素子の実装に関する従来技術は特許文献１に開示されている。

（従来技術２）
図６に示されているように、メンブレン配線基板６０は、例えばＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）製のフレキシブル絶縁基板６１表面に例えば銀インク（ペースト）のような導電性インク（ペースト）を回路パターン状に印刷し焼成することによって形成された回路配線層６２を有する。前記回路配線層６２は、所定の間隔で対峙する第１及び第２端子部６２ａ、６２ｂを有し、膜状の抵抗素子６３は、前記第１、第２端子部６２ａ、６２ｂの上表面及びこれらの間の絶縁基板６１表面に亘って、導電性カーボンインク（ペースト）を印刷し焼成することによって形成（実装）されている。このような膜状の抵抗素子の印刷形成に関する従来技術２は特許文献２に開示されている。

次に、前記メンブレン配線基板６０及び膜状抵抗素子６３の従来の一連の形成工程について、その一具体例を説明すると、一般的に次の工程１〜５の段階が採用されている。

工程１：ＰＥＴ絶縁基板６１表面に、回路配線層６２用の銀インクを所定の回路パターン状に印刷する。

工程２：前記銀インク層を乾燥させるために１５０℃の温度で４分間の焼成を行う。

工程３：前記第１、第２端子部６２ａ、６２ｂ及び絶縁基板６１表面に亘って、抵抗素子６３用の導電性カーボンインクを所定のパターン状に印刷する。

工程４：前記カーボンインク層を乾燥させるために１５０℃の温度で４分間の焼成を行う。

工程５：工程１〜４終了後、他の能動素子のような個別電子部品、例えばＬＥＤ（図示せず）を導電性接着材によって前記回路配線層６２の一部に接着して実装する際に、１５０℃の温度で３０分間の焼成を行う。

前述のメンブレン配線基板のように印刷技術が利用される場合、一般に、その製造工程の効率化や簡便さなどの観点から、まず、前記工程１〜４のように共通の絶縁基板に回路配線層及び薄膜抵抗素子層に係わる一連の全ての印刷工程が完了される。一方、実装される前記個別電子部品は、薄膜素子に比べれば遙かに大きい重量を有して前記接着部分に重量負荷を及ぼすので、その接続強度や導電性を高く維持する必要があり、そのために、前記工程５は、前記導電性接着材の接続強度や導電性を高めるよう前記工程２よりも長い焼成時間を要して行われている。

ところで、前記従来技術１における抵抗素子５３がチップ状の個別部品であるために、ＦＰＣ配線基板上の実装高さが例えば１．２ｍｍにも及ぶのに対して、従来技術２における膜状抵抗素子６３は、銀インク層とカーボンインク層との重なり部分でも２０μｍ程度である。従って、従来技術２により電子部品が実装された配線基板の方が、電子機器の薄形化に伴う狭隘なスペースへの収納には極めて有利であり、部品コスト及び製造コストの低廉価性の要求などに応じて広く利用されるという利点がある。

ところが、従来技術２においては、前記工程３及び工程４により形成された抵抗素子６３は、前記工程５の焼成処理の影響を受けることになり、当初の抵抗値から変化してしまい所定の抵抗値を得たり調整したりすることが困難になるという問題がある。この問題については、後述する本発明との比較説明（図３及び図４参照）により明らかにされる。
特開２００５−３５３９６２号公開公報 特開２００６−３３９４８９号公開公報

本発明は前記問題点を解決し部品実装構造の薄形化及びその素子特性の確保に優れた受動素子シート、これを実装した回路配線基板及びその製造方法を提供することを目的とする。

請求項１に記載の本発明の回路配線基板は、相互に離間する第１及び第２端子部を有する回路配線層が第１絶縁基板の一表面に形成された配線基板と、シート状の第２絶縁基板の表面に受動素子層を印刷して形成された受動素子シートとを備え、受動素子シートは、前記受動素子層を前記第１及び第２端子部に対して導電性接着層を介して熱圧着接続することによって前記配線基板に実装されていることを特徴とする。

請求項２に記載の本発明は、請求項１に記載の回路配線基板において、前記導電性接着層が異方導電性接着層からなることを特徴とする。

請求項３に記載の本発明は、請求項１または請求項２に記載の回路配線基板において、前記受動素子層が、前記第２絶縁基板表面に導電性カーボンペーストを印刷して形成され、前記第１及び第２端子部にそれぞれ対応する端子部を有する抵抗素子層であることを特徴とする。

請求項４に記載の本発明の受動素子シートは、シート状の絶縁基板の表面に受動素子層を印刷して形成され、回路配線基板の回路配線層に対して導電性接着層を介して熱圧着接続されることを特徴とする。

請求項５に記載の本発明は、請求項４に記載の受動素子シートにおいて、前記受動素子層が導電性カーボンペーストをシート状の絶縁基板の表面に印刷して形成された抵抗素子層であることを特徴とする。

請求項６に記載の本発明の回路配線基板の製造方法は、（Ａ）相互に離間する第１及び第２端子部を有する回路配線層を第１絶縁基板の一表面に形成して配線基板を作製する工程と、（Ｂ）シート状の第２絶縁基板の表面に前記第１及び第２端子部にそれぞれ対応する端子部を有する受動素子層を印刷して受動素子シートを作製する工程と、（Ｃ）前記受動素子層の各端子部と前記第１及び第２端子部とを導電性接着層を介してそれぞれ重ね熱圧着接続する工程とを備えていることを特徴とする。

請求項７に記載の本発明は、請求項６に記載の回路配線基板の製造方法において、前記工程（Ａ）における回路配線層の形成工程が、（Ａ−１）前記第１絶縁基板の一表面に導電性材料を印刷して回路配線層を形成し、前記回路配線層を焼成する第１焼成工程と、（Ａ−２）前記配線基板に実装される個別電子部品を前記回路配線層の一部に導電性接着材によって接着し、前記導電性接着材を焼成する第２焼成工程とを含み、前記工程（Ｂ）における受動素子層の形成工程が、第２絶縁基板の表面に受動素子材料を印刷して受動素子層を形成し、前記受動素子層を焼成する焼成工程を含み、前記工程（Ｃ）が、前記工程（Ａ−２）よりも後に行われることを特徴とする。

請求項８に記載の本発明は、請求項６または請求項７に記載の回路配線基板の製造方法において、前記第１及び第２絶縁基板、前記回路配線層及び前記受動素子層には、それぞれメンブレン絶縁基板材、銀インクからなる導電性材料及び導電性カーボンペーストからなる抵抗材料が用いられていることを特徴とする。

本発明によれば、回路配線層が第１絶縁基板表面に形成された配線基板と、シート状第２絶縁基板表面に受動素子層が印刷形成された受動素子シートとが個別に作成可能であり、
薄い構造の前記受動素子シートは、前記配線基板に対して、導電性接着層により熱圧着接続することによって平坦な状態で実装可能であるので、その実装が簡単な上に、回路配線基板に実装した状態の全体構造が薄形化される。前記受動素子シートは、前記配線基板への他の電子部品の実装における処理条件の影響を受けることなく、その素子特性を独立して希望する値に調整及び維持した状態で実装可能であるという効果を奏することができる。

以下、本発明の受動素子シート、回路配線基板及びその製造方法の実施形態について、図１及び図２を参照して説明する。

本発明の受動素子シートが実装された回路配線基板は、実際には、ＬＥＤやＬＳＩなどの能動素子或いは他の受動素子など幾つかの電子部品が実装される。しかし、図１及び図２では一受動素子を実装した部分について図示してある。

図１に示すように、配線基板１は、ここでは、一般にメンブレン配線基板と称される配線基板材を用いて形成されていて、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）フィルムからなるフレキシブルな第１絶縁基板２の一表面（上面）にパターン化された回路配線層３が形成されている。そして、前記回路配線層３は、所定の間隔で相互に離間する第１端子部３ａ及び第２端子部３ｂを有する。

受動素子シート４は、この例では抵抗素子を構成するものであり、ＰＥＴフィルムからなるフレキシブルな第２絶縁基板５の一表面に、印刷技術を利用して、所定の抵抗設計値でパターン形成された抵抗素子層からなる受動素子層６を有する。そして、前記抵抗素子層６は、前記回路配線層３の第１及び第２端子部３ａ、３ｂにそれぞれ対応する第１及び第２端子部６ａ、６ｂを有する。

前記各層の第１端子部３ａと６ａとの間、及び各第２端子部３ｂと６ｂとの間には、それぞれ第１及び第２導電性接着層７ａ及び７ｂが介在され、互いに重ね合わされている。そして、これらの重ね合わせ部分を加熱加圧して熱圧着接続することによって、受動素子シート４が回路配線基板１に実装されている。

次に、前記配線基板１及び前記受動素子シート４の作製方法並びに前記受動素子シート４の配線基板１への組込（実装）方法を、次の＜Ａ段階＞〜＜Ｃ段階＞に従って、図２を参照して説明する。

＜Ａ段階：配線基板１の作製＞
図２（ａ）に示すように、前記第１絶縁基板２の材料として例えば厚さ１００μｍのＰＥＴフィルム（例えば帝人デュポンフィルム（株）社製の商品型番；ＨＳＬ）を用意し、前記回路配線層３を構成するための導電性材料として例えば銀粒子（フィラー）をバインダーに混和した銀インク（例えば東洋紡（株）社製の商品型番；ＤＸ−３５１Ｈ−３０）を用意する。

そして、前記銀インクを前記第１絶縁基板の一表面（上面）に所定の回路パターン形状となるように、例えば０．３ｍｍの回路幅及び１０μｍの層厚で印刷する。この印刷後、まず、前記銀インクの印刷層を例えば１５０℃の温度で４分間焼成し（第１焼成工程）、乾燥並びに熱硬化させることにより前記回路配線層３を形成する。なお、焼成時間は、前記銀インクの印刷層が１０μｍ程度の薄い層であるので、前述の通り短時間で充分である。

更に、回路配線基板に、前記抵抗素子の組込みに加えてそれ以外の個別電子部品、例えばＬＥＤチップ（図示せず）を実装するに当たり、前記回路配線層３の一部に、導電性接着材を例えばディスペンスなどにより塗布してＬＥＤチップを接着した後、前記導電性接着材に対して例えば１５０℃の温度で第１焼成工程よりも長い時間の３０分間の焼成を行う（第２焼成工程）。前記第２焼成工程が施された前記ＬＥＤチップの接着部分は、薄膜抵抗素子に比べれば重量が遙かに大きいＬＥＤチップを、配線基板１上に、高い接続強度及び導電性を維持して接続固定させることができる。なお、前記第２焼成工程の温度や時間などの焼成条件は、ＬＥＤ以外の他種の電子部品の実装に応じて変更することがある。

このようにして、予定した電子部品の実装並びに前記回路配線層３の焼成処理を終えた配線基板１の作製が完了する。

＜Ｂ段階：受動素子シート４の作製＞
受動素子シート４の作製段階について、図２（ｂ）及び図２（ｃ）を参照して説明すると、シート状の第２絶縁基板５の材料として、前記第１絶縁基板２と同様に、例えば厚さ１００μｍのＰＥＴフィルム（例えば帝人デュポンフィルム（株）社製の商品型番；ＨＳＬ）を用意する。ここでは、前記第２絶縁基板５の基板材には、それから多数の受動素子シート４を切り出せるような大面積のものが使用される。また、抵抗素子からなる受動素子層６を構成するための抵抗材料として、例えばカーボン粒子（導電性フイラー）を揮発性のバインダに混和させた導電性カーボンペースト（モリテックス（株）社製の商品型番；５８１ＳＳ）を用意する。

そして、図２（ｂ）に示すように、前記第２絶縁基板５用の大面積の前記基板材の表面（下面）に、前記受動（抵抗）素子層６用の導電性カーボンペーストを１０μｍの層厚で印刷する。この場合、前記抵抗素子層６は素子幅０．５ｍｍ×素子長５ｍｍの長矩形状或いはリボン状の平面パターンを有するものとし、前記導電性カーボンペーストは、０．５ｍｍ×５ｍｍを１ユニットとする複数ユニットを含むことができるような長さや面積をもって前記第２絶縁基板５用の大面積基板材に印刷される。

そこで、前記導電性カーボンペーストの印刷層を例えば１５０℃の温度で４分間焼成して乾燥並びに熱硬化させ、前記第２絶縁基板５の基板材及び前記抵抗素子層６用の印刷層を、図２（ｂ）中の破線Ｘを境に前記１ユニット毎に切り出すことによって、図２（ｃ）に示すように、シート幅０．５ｍｍ×シート長５ｍｍの長矩形状或いはリボン状の受動（抵抗）素子シート４が個々に得られる。なお、焼成時間は、前記カーボンペーストの印刷層が１０μｍ程度の薄い層であるので、前述の通りの短時間で充分である。

前記受動（抵抗）素子シート４は、前記第２絶縁基板５を前記１ユニットサイズにして、個々に前記抵抗素子層６を印刷形成することも可能であるが、前述のように大面積絶縁基板材を用いれば、同一の印刷条件及び焼成条件にて前記抵抗素子層６が形成されるので、抵抗特性や品質の揃った多数の受動素子シートが簡単かつ低コストで得られる。

そして、図２（ｃ）に示すように、前記受動素子シート４の抵抗素子層６の両端の第１、第２端子部６ａ、６ｂに、第１、第２導電性接着層７ａ、７ｂが両端から素子長手内側方向にそれぞれ１ｍｍ幅で貼り付けられる。第１、第２導電性接着層７ａ、７ｂの材料としては、例えばバインダーとしての接着剤中に導電性フィラーを混合した異方導電性接着材であるＡＣＦ（Anisotropic Conductive Film）またはＡＣＰ（Anisotropic Conductive Paste）が用いられる。

＜Ｃ段階：受動素子シート４の配線基板１への実装＞
前記Ａ段階を終了した配線基板１（図２（ａ）参照）上に、前記Ｂ段階を終了した受動素子シート４（図２（ｃ）参照）を図１に示すように重ねる。そして、前記回路配線層３の第１端子部３ａ、第１導電性接着層７ａ及び抵抗素子層６の第１端子部６ａが重なる一方の重ね合わせ部、そして前記回路配線層３の第２端子部３ｂ、第２導電性接着層７ｂ及び抵抗素子層６の第２端子部６ｂが重なる他方の重ね合わせ部をそれぞれ加熱加圧する。

このようにして、前記両方の重ね合わせ部が熱圧着接続されて、受動素子シート４の配線基板１への実装が完了する。前記加熱加圧は、一例として、１３０〜１６０℃の温度、０．３〜０．５Ｍｐａの圧力、１０秒程度の加圧時間で行った。前記受動素子シート４の実装高さ（前記受動素子シート４上面と回路配線層３上面との距離）は１３０μｍ程度であり、前記従来技術１の実装高さ１．２ｍｍに比して遙かに低く実装密度を高く維持することが可能である。

次に、本発明の実施形態に係わる受動素子シート４の実装前後における抵抗素子層６の抵抗変化率（％）について、図３及び図４を参照し従来技術２と対比して説明する。

まず、図３は、本発明及び従来技術２に共通なサンプル回路パターンを示す一部切欠平面図であり、矩形状の絶縁基板１０上に形成され左右に離間した第１、第２端子部１１ｃ、１１ｄを有する回路配線層１１の配線幅Ｗ１は０．３ｍｍである。回路配線層１１の外側両端１１ａ−１１ｂ間の距離Ｌ１は６０ｍｍ、抵抗素子層１２の素子幅Ｗ２は０．５ｍｍで長さＬ２は３ｍｍである。抵抗素子層１２の両端と前記第１、第２端子部１１ｃ、１１ｄとの重なり幅Ｐは１ｍｍとされ、その重なり部分はＷ１×Ｐ＝０．３ｍｍ×１ｍｍとなっている。また、回路配線層１１及び抵抗素子層１２の層厚はいずれも１０μｍである。

そして、本発明及び従来技術２のいずれについても、サンプル数Ｎ＝１００個を用意し、ＫＥＩＴＨＬＥＹ社製のマルチメータ（ＭＯＤＥＬ２０００）を用いて、各サンプルについて前記回路配線層１１の外側両端１１ａ−１１ｂ間の回路抵抗値を測定して各平均値及び抵抗変化率を求めた。

その測定結果及び各抵抗変化率について、図４を参照して説明する。即ち、前記従来技術２によれば、前記工程４にて形成された時点の抵抗素子層の回路抵抗値は、２０．８５Ωであり、その後の前記工程５が施された測定時点では１６．３９Ωに低下し２１％もの大きな抵抗変化率が生じている。

これに対して、本発明の前記実施形態の技術によれば、前記Ｂ段階にて形成された抵抗素子層の回路抵抗値は、前記従来技術２の前記工程４時点の抵抗値とほぼ近似した２０．４３Ωで、前記Ｃ段階後の時点では１９．３３Ωであり、その抵抗値低下の抵抗変化率は５％程度の小さなものであった。

このように、本発明実施形態の抵抗変化率は、従来技術２よりも１６ポイントも抑制されており、本発明に係わる抵抗素子の抵抗値は、その配線基板への実装前後に拘わらず所望の値で確保及び調整可能で、その抵抗値制御が正確に行えることが分かる。

なお、カーボンペーストからなる抵抗素子が焼成などの熱履歴を周囲から受けた場合は、ペースト中のバインダが揮発し導電性フィラの密度が高まって熱履歴が増えるほど抵抗値が低下する傾向を示す。しかし、本発明では、前記受動素子シート４を配線基板１に実装する際、第１、第２導電性接着層７Ａ、７ｂが位置するスポット的部分で熱圧着接続され、他の電子部品の実装における熱履歴が避けられることにより、抵抗素子層６中のバインダ揮発や導電性フィラの密度分布に変化が殆ど起こらなかったことによって前記抵抗変化率が抑制されたものと考えられる。

以上のように、本発明に係る受動素子シート、これを実装した回路配線基板及びその製造方法によれば、回路配線基板への受動素子シートの実装が簡単な上に、回路配線基板に実装した状態の全体構造が薄形化できる。また、受動素子及び他の電子部品を回路配線基板に実装する場合に、前記他の電子部品の実装のための例えば加熱加圧成形工程などの熱履歴を伴う工程が必要であっても、前記受動素子シートは、前記Ｂ段階及びＣ段階で示すように配線基板への他の電子部品の実装及び焼成処理などとは独立して形成できるので、前記熱履歴を受けることから回避可能である。このようにして、本発明に係わる受動素子シートの素子特性が所望の値で調整及び確保される。

なお、前記実施形態においては、受動素子が抵抗素子である場合について説明されているが、本発明は、受動素子として例えば薄膜インダクタのような薄膜を用いる他の受動素子を採用することもできる。前述したインク及びペーストの用語は、粘性の度合いによって使い分けることがあるが、本発明においては、それぞれペースト及びインクと入れ替えて表現してもよい。

本発明の一実施形態に係る受動素子が実装された回路配線基板を示す断面図である。 本発明の一実施形態に係る受動素子が実装された回路配線基板の製造方法を説明するための段階（工程）別断面図であり、（ａ）はその配線基板の断面図、（ｂ）及び（ｃ）は受動素子シートの製造方法を説明するための断面図である。 本発明の一実施形態に係る受動（抵抗）素子シートの実装前後の抵抗変化率を従来技術２と比較して説明するために用いるサンプル回路パターンの一部切欠平面図である。 本発明の一実施形態に係る受動（抵抗）素子シートの実装前後の抵抗変化率を従来技術２と比較して説明するための図である。 従来技術１の受動素子が実装された回路配線基板を示す断面図である。 従来技術２の受動素子が実装された回路配線基板を示す断面図である。

符号の説明

１ 配線基板
２ 第１絶縁基板
３ 回路配線層
３ａ、３ｂ 回路配線層の第１、第２端子部
４ 受動素子シート
５ 第２絶縁基板
６ 抵抗素子層
６ａ、６ｂ 抵抗素子層の第１、第２端子部
７ａ、７ｂ 第１、第２導電性接着層

Claims (8)

1. 相互に離間する第１及び第２端子部を有する回路配線層が第１絶縁基板の一表面に形成された配線基板と、シート状の第２絶縁基板の表面に受動素子層を印刷して形成された受動素子シートとを備え、受動素子シートは、前記受動素子層を前記第１及び第２端子部に対して導電性接着層を介して熱圧着接続することによって前記配線基板に実装されていることを特徴とする回路配線基板。
2. 前記導電性接着層は異方導電性接着層からなることを特徴とする請求項１に記載の回路配線基板。
3. 前記受動素子層は、前記第２絶縁基板表面に導電性カーボンペーストを印刷して形成され、前記第１及び第２端子部にそれぞれ対応する端子部を有する抵抗素子層であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の回路配線基板。
4. シート状の絶縁基板の表面に受動素子層を印刷して形成され、回路配線基板の回路配線層に対して導電性接着層を介して熱圧着接続されることを特徴とする受動素子シート。
5. 前記受動素子層は導電性カーボンペーストをシート状の絶縁基板の表面に印刷して形成された抵抗素子層であることを特徴とする請求項４に記載の受動素子シート。
6. （Ａ）相互に離間する第１及び第２端子部を有する回路配線層を第１絶縁基板の一表面に形成して配線基板を作製する工程と、
   （Ｂ）シート状の第２絶縁基板の表面に前記第１及び第２端子部にそれぞれ対応する端子部を有する受動素子層を印刷して受動素子シートを作製する工程と、
   （Ｃ）前記受動素子層の各端子部と前記第１及び第２端子部とを導電性接着層を介してそれぞれ重ね熱圧着接続する工程と、
   を備えていることを特徴とする回路配線基板の製造方法。
7. 前記工程（Ａ）における回路配線層の形成工程は、
   （Ａ−１）前記第１絶縁基板の一表面に導電性材料を印刷して回路配線層を形成し、前記回路配線層を焼成する第１焼成工程と、
   （Ａ−２）前記配線基板に実装される個別電子部品を前記回路配線層の一部に導電性接着材によって接着し、前記導電性接着材を焼成する第２焼成工程とを含み、
   前記工程（Ｂ）における受動素子層の形成工程は、第２絶縁基板の表面に受動素子材料を印刷して受動素子層を形成し、前記受動素子層を焼成する焼成工程を含み、
   前記工程（Ｃ）は、前記工程（Ａ−２）よりも後に行われることを特徴とする請求項６に記載の回路配線基板の製造方法。
8. 前記第１及び第２絶縁基板、前記回路配線層及び前記受動素子層には、それぞれメンブレン絶縁基板材、銀インクからなる導電性材料及び導電性カーボンペーストからなる抵抗材料が用いられていることを特徴とする請求項６または請求項７に記載の回路配線基板の製造方法。

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