JP2010080560A - Solid electrolytic capacitor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は主に電源回路に用いられる固体電解コンデンサに関するもので、特にプリント配線板をコンデンサ素子と電気的に接続して外部端子として使用する固体電解コンデンサに関するものである。 The present invention relates to a solid electrolytic capacitor mainly used in a power circuit, and more particularly to a solid electrolytic capacitor in which a printed wiring board is electrically connected to a capacitor element and used as an external terminal.
近年、デジタル民生機器内での信号が高速化しており、動作周波数の高まりに伴い論理回路の電源電流も増加傾向にあり、更にLSIの駆動電圧が低下している。そのため、電源雑音に対するマージンも小さくなりつつあり、雑音対策が急務になってきている。電源雑音等の除去をするデバイスとしてはコンデンサが有効であり、このようなコンデンサの分野においても高周波領域においてインピーダンスが低いコンデンサが強く要求されている。このような要求に対応できるコンデンサの一つとして三端子型コンデンサ形式の分布定数型ノイズフィルタが提案されている。三端子型コンデンサとしては例えば特許文献1、2等に記載のコンデンサが挙げられる。図5に従来の三端子型の固体電解コンデンサの断面図を示す。表面を拡面化した板状又は箔状の弁作用金属からなる母材を陽極体5とし、母材の陽極体5の表面に形成された弁作用金属の酸化物からなる誘電体層の中央部表面に導電性高分子層6、グラファイト層7、銀層8を順次形成して陰極部とし、陽極体5の両端部を陽極部とする。その両端の陽極部に陽極リード12を接続し、中央の銀層8に陰極リード13を接続して外装樹脂9でモールド外装する。陽極リード12および陰極リード13はそのまま外部端子としても機能する。
In recent years, signals in digital consumer devices have become faster, the power supply current of logic circuits tends to increase with the increase in operating frequency, and the drive voltage of LSIs has further decreased. For this reason, the margin for power supply noise is becoming smaller, and noise countermeasures are urgently needed. A capacitor is effective as a device for removing power supply noise and the like, and a capacitor having a low impedance in the high frequency region is also strongly demanded in the field of such a capacitor. A three-terminal capacitor type distributed constant noise filter has been proposed as one of the capacitors that can meet such requirements. Examples of the three-terminal capacitor include capacitors described in
このような三端子型固体電解コンデンサはコンデンサ素子部において高周波領域で分布定数型のノイズフィルタと等価となり広周波数帯域でインピーダンスが低くなるが、外部端子まで考慮すると、陽極リードおよび陰極リードの自己インダクタンスのため高周波特性が悪化することが問題となっている。自己インダクタンスは外部端子から素子までの距離に依存し、長いほど大きくなる。したがって、陽極リードが長くかつ陰極リード厚みが厚いほど高周波特性は悪化する。上述した三端子型固体電解コンデンサは、陽極リードが外装側面から引き出してから下面に折り曲げた構造となっているため陽極リードが長くなり、また、独立した陰極リードは製造工程中のハンドリング性を考慮すると0.2mm以上の厚みが必要となるため、陽極リード長さの短縮および陰極リード厚みの薄膜化による外部端子−素子間の短縮は困難であった。 Such a three-terminal type solid electrolytic capacitor is equivalent to a distributed constant type noise filter in the high frequency region in the capacitor element part and has a low impedance in a wide frequency band. However, when considering even external terminals, the self-inductance of the anode lead and cathode lead For this reason, there is a problem that the high frequency characteristics deteriorate. The self-inductance depends on the distance from the external terminal to the element, and increases as the length increases. Therefore, the longer the anode lead and the thicker the cathode lead, the worse the high frequency characteristics. The above-mentioned three-terminal solid electrolytic capacitor has a structure in which the anode lead is drawn from the side of the exterior and then bent to the bottom, so the anode lead becomes longer, and the independent cathode lead takes into consideration the handling characteristics during the manufacturing process. Then, since a thickness of 0.2 mm or more is required, it has been difficult to shorten between the external terminal and the element by shortening the anode lead length and reducing the thickness of the cathode lead.
外部端子−素子間を短縮する方法として特許文献3に記載のプリント配線板を用いたコンデンサが提案されている。プリント配線板は両面銅張積層板から構成され、一方の面の素子搭載面に陽極導体層(特許文献3では陽極用導体層と記載)および陰極導体層(特許文献3では陰極用導体層と記載)を、他方の部品実装面となる外部端子面に陽極端子および陰極端子をそれぞれ設け、両者をスルーホール(特許文献3では貫通接続穴と記載)で電気的に接続させることにより得られる。このようにプリント配線板を用いることで陽極部を外装側面まで引き出す必要がなく陽極端子を真下に配置することができ、また、外部の陽極端子、陰極端子が絶縁樹脂基板で一体化しているため、薄膜化が可能となる。したがって、プリント配線板を適用することにより外部端子−素子間が短縮され自己インダクタンスが低減し高周波特性が向上する。更に上記プリント配線板型の固体電解コンデンサは素子搭載面の陽極導体層と陰極導体層、および外部端子となる陽極端子と陰極端子との距離を短くすることにより、陽極端子と陰極端子間の電流ループを短くすることができ更なる高周波特性向上が期待される。
As a method for shortening the distance between the external terminal and the element, a capacitor using a printed wiring board described in
しかしながら、上述した電流ループを短縮化したプリント配線板型の固体電解コンデンサに適用した場合、固体電解コンデンサを半田実装する際に、基板(マザーボード等)側の陽・陰極実装ランドおよび半田間距離も短くなる。そのため、陽・陰極間距離を短縮すると固体電解コンデンサを基板(マザーボード等)に実装する際においてショート不良が発生する頻度が増加し、陽極端子と陰極端子間距離の短縮には限界があった。 However, when applied to a printed wiring board type solid electrolytic capacitor with a shortened current loop as described above, when the solid electrolytic capacitor is solder-mounted, the positive / cathode mounting land on the board (motherboard etc.) side and the distance between the solder are also Shorter. Therefore, if the distance between the positive and negative electrodes is shortened, the frequency of occurrence of short-circuit defects increases when the solid electrolytic capacitor is mounted on a substrate (such as a mother board), and there is a limit to shortening the distance between the anode terminal and the cathode terminal.
本発明は基板実装時のショート不良発生率を考慮し、外部端子すなわち陽極端子と陰極端子間の間隔を従来の距離に保ちつつ、かつ高周波特性の優れたプリント配線板型の固体電解コンデンサを提供することを目的とする。 The present invention provides a printed circuit board type solid electrolytic capacitor having excellent high-frequency characteristics while keeping the distance between the external terminal, that is, the anode terminal and the cathode terminal at a conventional distance in consideration of the occurrence rate of short-circuit defects during board mounting. The purpose is to do.
本発明の固体電解コンデンサは、表面を拡面化した板状又は箔状の弁作用金属の表面に形成された弁作用金属の酸化物からなる誘電体を備えた陽極体が一つまたは複数の絶縁部により分離され一方の陽極部の領域に陽極金属層を接続し、他方の陰極部の領域に陰極導体層を形成したコンデンサ素子を、絶縁樹脂の表面にコンデンサ素子搭載用の陽極導体層および陰極導体層が形成され、裏面にそれぞれ前記陽極導体層及び前記陰極導体層と導通された外部端子用の陽極端子及び陰極端子が形成されたプリント配線板に接続した固体電解コンデンサであって、前記素子搭載用の前記陽極導体層と前記陰極導体層との間隔が前記陽極端子と前記陰極端子との間隔より狭いことを特徴とする。また、前記プリント配線板の素子搭載用の陽極導体層と陰極導体層との間隔が前記プリント配線板の最小沿面距離であり、0.3mm以下(但し0を含まず)であるとよい。また、前記プリント配線板の素子搭載用の陽極導体層と陰極導体層との間および前記陽極導体層と陰極導体層上の一部に絶縁層を設けてもよい。また前記プリント配線板の素子搭載用の陽極導体層と陰極導体層の対向する辺の形状を波状の曲線とし、ランド間の容量を増大させるとよい。また、前記プリント配線板の素子搭載用の陽極導体層と陰極導体層の厚さが前記外部端子用の陽極端子および陰極端子の厚さより厚いとよい。 The solid electrolytic capacitor of the present invention has one or a plurality of anode bodies each including a dielectric made of a valve metal oxide formed on the surface of a plate-like or foil-like valve metal having an enlarged surface. A capacitor element in which an anode metal layer is connected to an area of one anode part separated by an insulating part and a cathode conductor layer is formed in the area of the other cathode part, an anode conductor layer for mounting the capacitor element on the surface of the insulating resin, and A solid electrolytic capacitor connected to a printed wiring board on which a cathode conductor layer is formed and an anode terminal and a cathode terminal for external terminals electrically connected to the anode conductor layer and the cathode conductor layer on the back surface, respectively, The distance between the anode conductor layer for mounting an element and the cathode conductor layer is narrower than the distance between the anode terminal and the cathode terminal. The distance between the element mounting anode conductor layer and cathode conductor layer of the printed wiring board is the minimum creepage distance of the printed wiring board, and is preferably 0.3 mm or less (excluding 0). Moreover, you may provide an insulating layer between the anode conductor layer for element mounting of the said printed wiring board, and a cathode conductor layer, and a part on the said anode conductor layer and a cathode conductor layer. Moreover, it is preferable to increase the capacitance between the lands by making the shape of the opposing sides of the anode conductor layer and the cathode conductor layer for mounting elements on the printed wiring board into wavy curves. The anode conductor layer and the cathode conductor layer for mounting elements on the printed wiring board may be thicker than the anode terminal and cathode terminal for the external terminal.
本発明の固体電解コンデンサは、コンデンサ素子を搭載するプリント配線板の外部端子すなわち陽極端子と陰極端子間の距離を変更せずに素子搭載面側の陽極導体層と陰極導体層との間隔のみを変更するので、素子搭載面の陽極導体層と陰極導体層間の距離を最小沿面距離程度に短くすることが可能となる。そのため、素子搭載面の陽極導体層と陰極導体層間に生じる容量が従来のものに比べ大きくなり、その容量がフィルタとしての機能を有するようになる。その結果、本発明を適用すれば高周波特性の向上を図ることができる。また素子搭載面の配線層を形成する陽極導体層と陰極導体層において対向する辺の形状を波状の曲線状とした場合には更に容量が増し、高周波特性の向上を図ることができる。 The solid electrolytic capacitor of the present invention has only the interval between the anode conductor layer and the cathode conductor layer on the element mounting surface side without changing the distance between the external terminal of the printed wiring board on which the capacitor element is mounted, that is, the anode terminal and the cathode terminal. Therefore, the distance between the anode conductor layer and the cathode conductor layer on the element mounting surface can be shortened to the minimum creepage distance. Therefore, the capacitance generated between the anode conductor layer and the cathode conductor layer on the element mounting surface is larger than that of the conventional one, and the capacitance has a function as a filter. As a result, high frequency characteristics can be improved by applying the present invention. Further, when the shape of the opposing sides of the anode conductor layer and the cathode conductor layer forming the wiring layer on the element mounting surface is a wavy curved shape, the capacity is further increased and the high frequency characteristics can be improved.
本発明の実施の形態による固体電解コンデンサについて図1を用いて説明する。 A solid electrolytic capacitor according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
図1は本発明の実施の形態の固体電解コンデンサの模式断面図である。固体電解コンデンサは大きくコンデンサ素子部とプリント配線板に分類される。 FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a solid electrolytic capacitor according to an embodiment of the present invention. Solid electrolytic capacitors are roughly classified into a capacitor element portion and a printed wiring board.
まずコンデンサ素子部に関して説明する。陽極体5を目的とする素子形状、例えば平板状に切り出す。陽極体5はアルミ、ニオブ、タンタル或いはそれらの合金等からなり、その両面はエッチングにより拡面化されており、更にその表面は陽極酸化により陽極酸化皮膜が形成されている。次いで陽極体5の所定の箇所たとえば端面から一定の距離の2箇所にエポキシ樹脂等などにより絶縁部1を形成して陽極体5を3つの領域に区分し、陽極体5の端から順に第1、第2、第3領域とする。第1、第3領域に所定の厚みの陽極金属層2を超音波溶接等で溶接しコンデンサ素子の陽極部を形成する。陽極金属層2は銅、アルミ、ニッケル等の金属箔から構成される。次に中央部の第2領域に対して、導電性高分子層6、グラファイト層7、銀層8を順次積層しコンデンサ素子の陰極層を形成する。
First, the capacitor element portion will be described. The
続いてプリント配線板に関して説明する。プリント配線板はガラスエポキシ、ポリイミド等の絶縁樹脂層3に銅板を張った両面銅張積層板から成り、表面にコンデンサ素子搭載用の陽極導体層41と陰極導体層42および裏面には外部端子用の陽極端子43と陰極端子44を配線エッチングにより形成した後、それぞれの陽極導体層と陽極端子および陰極導体層と陰極端子をスルーホール45で電気的に接続した外部端子を有するプリント配線板である。本発明で用いるプリント配線板はコンデンサ素子搭載側の陽極導体層41と陰極導体層42間の沿面距離が短いほどよいが、長くとも0.3mm以下が望ましい。
Next, the printed wiring board will be described. The printed wiring board is composed of a double-sided copper-clad laminate in which a copper plate is stretched on an
本発明の実施の形態の固体電解コンデンサは上記プリント配線板の素子搭載用の陽極導体層41と陰極導体層42に銀ペースト等の導電性接着剤11を印刷し、上記コンデンサ素子部と電気的に接触したプリント配線板型の固体電解コンデンサである。
In the solid electrolytic capacitor according to the embodiment of the present invention, the
以下に、本発明のプリント配線板型の固体電解コンデンサについて幾つかの三端子型の実施例を挙げて説明するが、二端子型のプリント配線板型の固体電解コンデンサに関しても同様の効果が得られる。 The printed wiring board type solid electrolytic capacitor of the present invention will be described below with reference to some three-terminal examples, but the same effect can be obtained with respect to the two-terminal type printed wiring board type solid electrolytic capacitor. It is done.
(実施例1)
実施例1に係るプリント配線板型の固体電解コンデンサに使用するコンデンサ素子部の作製方法を本発明の実施の形態の説明で用いた図1を参照して説明する。先ず、陽極体5として拡面化層を有し、その表面を陽極酸化されたアルミ箔を用いた。アルミ箔はアルミ電解コンデンサ用に市販されているもので、公称化成電圧5V、厚み105μmの箔を用いた。この箔を素子部の大きさである幅2.5mm、長さ5.0mmの長方形の形に切り落とした。次に切り出したアルミ箔の端面の両側から0.8から1.3mmの部分にそれぞれエポキシを主成分とする絶縁樹脂を0.5mmの太さで線状に塗布し硬化させることにより絶縁部1を形成した。このとき、絶縁部1で囲まれた領域をコンデンサ素子の陰極部の領域とし、ここに導電性高分子であるポリピロールからなる導電性高分子層6、更にその上にグラファイト7、銀層8を形成し幅2.5mm、長さ2.4mmの陰極導体層とした。一方、絶縁部1より外側のコンデンサ素子の陽極部の領域に幅2.5mm、長さ1.3mm、厚み0.05mmの銅箔を超音波溶接し陽極金属層2とし陰極部の両端に陽極部が存在する三端子固体電解コンデンサ用のコンデンサ素子部を得た。
Example 1
A method for producing a capacitor element portion used in a printed wiring board type solid electrolytic capacitor according to Example 1 will be described with reference to FIG. 1 used in the description of the embodiment of the present invention. First, an aluminum foil having a surface-enlarging layer as the
次にプリント配線板について説明する。プリント配線板は厚み60μmのポリイミド樹脂層に厚み18μmの銅板を貼った両面銅張積層板を用い、銅板を配線エッチングすることにより長方形型のコンデンサ素子搭載面に陽極導体層41と陰極導体層42および外部端子用の陽極端子43と陰極端子44を得た。このとき外部端子側の陰極端子44の寸法を幅2.5mm、長さ1.8mmとし、その両側の陽極端子43の寸法は幅2.5mm、長さ0.8mm、陽極端子43と陰極端子44間の距離を0.6mmとした。一方、コンデンサ素子搭載側は陰極導体層42の寸法を幅2.5mm、長さ2.8mmとし、その両側の陽極導体層41の寸法は幅2.5mm、長さ0.8mm、陽極導体層41と陰極導体層42間の沿面距離を0.1mmとした。更に素子搭載面の陽極導体層41と陰極導体層42をそれぞれ実装面となる外部端子用の陽極端子43と陰極端子44に直径0.1mmのスルーホール45で電気的に接続し外部端子を有するプリント配線板を得た。メッキ厚みは30μmとした。続いて、上記プリント配線板の素子搭載面に銀ペーストからなる導電性接着剤11をスクリーン印刷により、陽極導体層および陰極導体層へそれぞれ幅2.3mm、長さ0.6mm、幅2.3mm、長さ1.8mmでパターン印刷した後、コンデンサ素子部を接着し更に、コンデンサ素子部を覆うように外装樹脂9にてモールド外装し、幅2.8mm、長さ5.3mm、高さ0.46mmの三端子型のプリント配線板型の固体電解コンデンサを得た。本実施例1の挿入損失を表1の実施例1の項目に記載した。
Next, the printed wiring board will be described. The printed wiring board uses a double-sided copper-clad laminate in which a 18 μm-thick copper plate is pasted on a 60 μm-thick polyimide resin layer. In addition, an
(実施例2)
図2は本発明の実施例2に係る固体電解コンデンサの模式断面図である。本実施例2では実施例1のプリント配線板の素子搭載面に形成する配線層において陽極導体層41と陰極導体層42間にエポキシ樹脂からなるソルダーレジスト層10を形成した以外は実施例1と同様の製造方法で三端子のプリント配線板型の固体電解コンデンサを得た。但し、素子搭載側は陰極導体層42の寸法を幅2.5mm、長さ2.9mmとし、その両側の陽極ランドの寸法は幅2.5mm、長さ0.8mm、陽極導体層41と陰極導体層42間の沿面距離を0.05mmとした。また、素子搭載面の銀ペーストからなる導電性接着剤11の印刷パターンを陽極導体層上で幅2.3mm、長さ0.6mm、陰極導体層上で幅2.3mm、長さ2.7mmとした。本実施例の挿入損失を表1の実施例2の項目に記載した。
(Example 2)
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of a solid electrolytic capacitor according to Example 2 of the present invention. Example 2 is the same as Example 1 except that the solder resist
(実施例3)
図3は本発明の実施例3に係る固体電解コンデンサに用いるプリント配線板のコンデンサ素子搭載面を示す平面図である。本実施例3では実施例1のプリント配線板の素子搭載面に形成する配線層において陽極導体層41と陰極導体層が対向する辺の中央をを波長0.4mm 振幅0.4mmの方形波状としてランド間の隙間による容量を増大させた点以外は実施例1と同様の製造方法で三端子のプリント配線板型の固体電解コンデンサを得た。但し、陽極導体層41と陰極導体層42間の沿面距離は0.1mmとした。本実施例の挿入損失を表1の実施例3の項目に記載した。なお波の形状は方形波の他、正弦波、三角波等を使用することができる。
(Example 3)
FIG. 3 is a plan view showing a capacitor element mounting surface of a printed wiring board used for a solid electrolytic capacitor according to Example 3 of the present invention. In the third embodiment, in the wiring layer formed on the element mounting surface of the printed wiring board of the first embodiment, the center of the side where the
(実施例4)
本実施例4では実施例3のプリント配線板の素子搭載面に形成する配線層において陽極導体層と陰極導体層の配線厚みを30μmとした以外は実施例1と同様の製造方法で三端子のプリント配線板型固体電解コンデンサを得た。本実施例の挿入損失を表1の実施例4の項目に記載した。
Example 4
In this Example 4, a three-terminal manufacturing method is used in the same manner as in Example 1 except that the wiring thickness of the anode conductor layer and the cathode conductor layer is 30 μm in the wiring layer formed on the element mounting surface of the printed wiring board of Example 3. A printed wiring board type solid electrolytic capacitor was obtained. The insertion loss of this example is described in the item of Example 4 in Table 1.
(比較例1)
図4は従来の比較例1に係る固体電解コンデンサの断面図である。コンデンサ素子部は実施例1と同様の方法で作製した。比較例1ではプリント配線板の素子搭載側の陰極導体層42の寸法を幅2.5mm、長さ1.8mmとし、その両側の陽極導体層41の寸法を幅2.5mm、長さ0.8mm、陽極導体層41と陰極導体層間の沿面距離を0.6mmとした以外は実施例1と同様の製造方法で三端子のプリント配線板型固体電解コンデンサを得た。本比較例1の挿入損失を表1の比較例1の項目に記載した。
(Comparative Example 1)
FIG. 4 is a cross-sectional view of a solid electrolytic capacitor according to a conventional comparative example 1. The capacitor element part was produced by the same method as in Example 1. In Comparative Example 1, the dimensions of the
(比較例2)
比較例2のコンデンサ素子部は実施例1と同様の方法で作製した。比較例2ではプリント配線板の素子搭載側の陰極導体層の寸法を幅2.5mm、長さ2.3mmとし、その両側の陽極導体層の寸法を幅2.5mm、長さ0.8mm、陽極導体層と陰極導体層間の沿面距離を0.35mmとし、実装側の外部端子側の陰極端子の寸法を幅2.5mm、長さ2.3mmとし、その両側の陽極端子の寸法は幅2.5mm、長さ0.8mm、陽極端子と陰極端子間の距離を0.35mmとした以外は実施例1と同様の製造方法で三端子のプリント配線板型固体電解コンデンサを得た。本比較例2の挿入損失を表1の比較例2の項目に記載した。
(Comparative Example 2)
The capacitor element portion of Comparative Example 2 was produced by the same method as in Example 1. In Comparative Example 2, the dimension of the cathode conductor layer on the element mounting side of the printed wiring board is 2.5 mm in width and 2.3 mm in length, and the dimensions of the anode conductor layer on both sides thereof are 2.5 mm in width and 0.8 mm in length. The creepage distance between the anode conductor layer and the cathode conductor layer is 0.35 mm, the dimensions of the cathode terminal on the external terminal side on the mounting side are 2.5 mm in width and 2.3 mm in length, and the dimensions of the anode terminals on both sides are width 2 A three-terminal printed wiring board type solid electrolytic capacitor was obtained in the same manner as in Example 1 except that the thickness was 0.5 mm, the length was 0.8 mm, and the distance between the anode terminal and the cathode terminal was 0.35 mm. The insertion loss of Comparative Example 2 is shown in the item of Comparative Example 2 in Table 1.
このようにして得られたプリント配線板型の固体電解質コンデンサの1GHzの挿入損失を表1に示す。挿入損失は高周波プローブ(カスケードマイクロテック製)とネットワークアナライザ(アジレント製)を用いて測定した。 Table 1 shows the insertion loss of 1 GHz of the printed wiring board type solid electrolyte capacitor thus obtained. The insertion loss was measured using a high-frequency probe (Cascade Microtech) and a network analyzer (Agilent).
以上の結果より本発明のプリント配線板型の固体電解コンデンサを用いれば高周波特性が向上することが分かる。また、実施例1、2および3の外部端子ランドの陽極導体層と陰極導体層との間隔は比較例1と同じなので基板実装時のショート不良発生頻度に関しては同等である。 From the above results, it can be seen that high frequency characteristics can be improved by using the printed wiring board type solid electrolytic capacitor of the present invention. In addition, since the distance between the anode conductor layer and the cathode conductor layer of the external terminal lands in Examples 1, 2, and 3 is the same as that in Comparative Example 1, the frequency of occurrence of short-circuit defects during substrate mounting is the same.
本発明にかかる固体電解コンデンサはプリント配線基板等の基板に電気的に接続することで外部端子とするプリント配線板型の固体電解コンデンサに適用することができ、従来のものに比べ良好な周波数特性を有する固体電解コンデンサを得ることができる。 The solid electrolytic capacitor according to the present invention can be applied to a printed wiring board type solid electrolytic capacitor as an external terminal by being electrically connected to a substrate such as a printed wiring board, and has better frequency characteristics than the conventional one. A solid electrolytic capacitor having the following can be obtained.
1 絶縁部
2 陽極金属層
3 絶縁樹脂層
41 陽極導体層
42 陰極導体層
43 陽極端子
44 陰極端子
45 スルーホール
5 陽極体
6 導電性高分子層
7 グラファイト層
8 銀層
9 外装樹脂
10 ソルダーレジスト層
11 導電性接着剤
12 陽極リード
13 陰極リード
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