JP2010109042A - 回路基板の製造用クッション材 - Google Patents

Abstract

【課題】熱プレス時に発生する製造用クッション材の変形を吸収することにより製品に加わる圧力が安定して、製品厚みや接続抵抗が安定した高品質な回路基板を実現することを目的とする。
【解決手段】耐熱性シート１６に複数の穴１０が形成され、前記複数の穴の単位面積当たりの穴数は、穴が形成される位置により異なることを特徴とする回路基板の製造用クッション材を用いて回路基板を製造する。これにより、熱プレス時に発生するクッション材の変形を吸収することにより製品に加わる圧力を安定させることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、熱プレス装置を用いて製造する回路基板の製造に関するものである。

近年、電子機器の小型化、高密度化に伴い、産業用にとどまらず民生用の分野においても多層基板が強く要望されるようになってきた。

特に多層基板の高密度化は回路パターンの微細化が進み、より複数層の回路パターンとともに基板の薄板化が望まれている。

このような回路基板では、複数層の回路パターンの間をインナービアホール接続する接続方法および信頼度の高い構造の新規開発が不可欠なものになっているが、導電性ペーストによりインナービアホール接続した新規な構成の高密度の回路基板製造法が提案されている。

以下、従来の熱プレス装置を用いた多層の回路基板の製造方法について説明する。

図１０、図１１は従来の回路基板の製造方法を示す断面図であり、図１０は積層構成物の形成工程、図１１は熱プレス工程を示している。

図１０、図１１において、２１ａおよび２１ｂは、不織布に熱硬化性エポキシ樹脂を含浸させた複合材からなるプリプレグシートであり、所定位置にレーザ加工などを用いて形成した貫通孔に導電性ペースト２２が充填されている。

３０は２層のコア用基板であり、表裏には回路パターン２４ａ，２４ｂが形成され、さらに表裏の回路パターン２４ａ，２４ｂは任意の部位で貫通孔の導電性ペースト２２によって電気的に接続されている。２３ａ，２３ｂは銅などの金属はくである。

コア用基板３０の両面にプリプレグシート２１ａ，２１ｂ、金属はく２３ａ，２３ｂが積層された製品としての構成を示している。

２５ａ，２５ｂは熱プレス時に製品群を挟持するための厚さ約１ｍｍのステンレスなどの第１の金属板であり、２６ａ，２６ｂはステンレスなどの厚さ約３ｍｍの第２の金属板であり、２７ａ，２７ｂは厚さ約２ｍｍのクッション材である。

また、複数の前記製品が第１の金属板２５ｂ上で位置決めされて製品部分を構成し、第１の金属板２５ａ，２５ｂで挟持されている。

また、第２の金属板２６ａ，２６ｂは、クッション材２７ａ，２７ｂと第１の金属板２５ａ，２５ｂとの間に使用するものであり、第１の金属板２５ａ，２５ｂおよび第２の金属板２６ａ，２６ｂはクッション材２７ａ，２７ｂと同等サイズであり、前記製品部分が占める面積より大きいサイズのものが使用されている。

まず、図１０の積層構成物の形成工程について説明する。

積層構成物を形成する工程は、キャリアプレート２８の上に、クッション材２７ｂ、第２の金属板２６ｂの順に配置する。

その上に、製品部分を挟持した状態の第１の金属板２５ａ，２５ｂを複数段に積層し、さらに、最上下段の第１の金属板２５ａの外側に第２の金属板２６ａを介してクッション材２７ａで挟持されるように積層して一つの積層構成物を構成する。

次に、前記積層構成物を複数準備し、それを図１１に示す熱プレス工程における熱プレス装置内へ搬送する。

図１１の熱プレス工程ではこの搬送された複数個の積層構成物がキャリアプレート２８毎複数段に積み重ねられ熱プレス装置の上部熱板３１ａと上下可動な下部熱板３１ｂの間に挿入、設置される。

その後、下部熱板３１ｂの下に配置した油圧シリンダー３２を上昇させることにより、下部熱板３１ｂで上部熱板３１ａに所定の圧力を加える。

これにより、Ｂステージ状のプリプレグシート２１ａ，２１ｂは溶融硬化することによりコア用基板３０と金属はく２３ａ，２３ｂと接着されるとともにプリプレグシート２１ａ，２１ｂの所定位置に形成されたビア内の導電性ペースト２２が圧縮されコア用基板３０の回路パターン２４ａ，２４ｂと金属はく２３ａ，２３ｂが電気的に接続される。

その後、両面の金属はく２３ａ，２３ｂを選択的にエッチングすることで回路パターンが形成され（図示せず）、４層の回路基板が得られる。

ここで上述した熱プレス工程に用いられる一般的な熱プレス装置の動作について説明する。

熱プレス時の成型時条件は、上部熱板３１ａおよび下部熱板３１ｂで積層構成物を加圧しながら、加熱する温度をプリプレグシート２１ａ，２１ｂの樹脂成分の硬化温度である１８０〜２００度程度まで昇温し、一定時間保持した後、室温まで冷却するのが一般的である。

また、上述したクッション材２７の役割は、回路基板の成型時に上部熱板３１ａおよび下部熱板３１ｂの間に挟んだ積層構成物中の製品部分への圧力が均一に加わるように、積層構成物の厚みムラや第１、第２の金属板やキャリアプレートの面内ばらつきを吸収し、圧力を均一にするものである。

なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。
特開２００３−１８８４９３号公報

本発明者は、上記の従来の回路基板の製造方法における以下の課題を見出した。

すなわち、上部熱板３１ａおよび下部熱板３１ｂで積層構成物を高温で加圧する際に、図１２に示すようにクッション材２７のそれぞれの近傍に配置している第１の金属板２５および第２の金属板２６を介してクッション材２７が変形することが判明した。

変形の形態は、製品端部（外周）が支点となりクッション材２７の変形が大きい部分と小さい部分とを備えたものである。これにより、製品に加わる圧力は不安定となる。

また、熱プレス装置の生産性を向上させることを目的として、図１０の事例のように第１の金属板２５ｂの面内に複数枚の製品を配置する場合は、製品が配置された部分に相当するクッション材には凹部の形状変化が生じ、隣接する製品間すなわち製品が配置されていない部分に相当するクッション材には凸状の変形が発生する。

製品サイズや配置する製品数あるいは製品の配置が異なる場合等において、前記変形を有するクッション材を用いて熱プレス工程を行うと、前記凸状の変形部分で圧力が吸収され第１および第２の金属板の面内の圧力が不均一となる。

また、製品エリア内でも油圧シリンダー３２に相当する部分とそうでない部分で製品の厚みに差がみられ、油圧シリンダー３２に相当する部分は薄くなる傾向がある。

本発明者は、上記の場合、金属板の変形に伴い圧力分散が大きい（圧力不足）製品周辺近傍に厚みムラが発生したり、導電性ペーストを用いて圧接によって層間接続を得る場合に圧接力が不足して接続抵抗値が不安定になる場合があるという問題を把握した。

上記の課題を解決するために、耐熱性シートに複数の穴が形成され、前記複数の穴の単位面積当たりの穴数は、穴が形成される位置により異なることを特徴とする回路基板の製造用クッション材を用いて回路基板を製造するものである。これにより、熱プレス時に発生するクッション材の変形を吸収することにより製品に加わる圧力が安定して、製品厚みや接続抵抗が安定した高品質な回路基板を提供することを目的とするものである。

上記目的を達成するために、本発明は以下の構成を有する。

すなわち本発明は、回路基板用熱プレスに用いるクッション材であって、耐熱性シートに複数の穴が形成され、前記複数の穴の単位面積当たりの穴数は、穴が形成される位置により異なることを特徴とする回路基板の製造用クッション材を提供するものであり、これを用いて回路基板を製造することにより、製造用クッション材の凹凸による圧力の影響がなくなるとともにクッション材近傍の金属板の変形がなくなり製品に加わる圧力が安定するため高品質の回路基板が実現できるという効果を有する。

具体的には、製造用クッション材の穴の配置、数量、大きさに関して、プレスの油圧シリンダー部に相当する位置に形成される単位面積当たりの穴数を多く配置する構成、あるいは前記構成に加えて、プレスの油圧シリンダー部に相当する位置や製品としての回路基板の外周部に相当する位置に形成される穴面積を大きくしたりするものである。

これにより、製品毎に加わる圧力が安定して、複数の製品を均一に加圧することができるという効果を有する。

特に、製造される回路基板としての製品が、表裏を電気的に接続したコア用基板の両側に所定位置の貫通孔に導電ペーストを充填したプリプレグシートと金属はくの順に積層されたものであっても、製品に加わる圧力が安定することにより成型後の回路基板の板厚のバラツキが減少するとともに、接続抵抗が安定した高品質の回路基板が実現できる。

本発明の回路基板の製造用クッション材を用いることにより、熱プレス時に発生するクッション材の変形を吸収することにより製品に加わる圧力が安定して、製品厚みや接続抵抗が安定した高品質な回路基板が実現できるという効果を有する。

（実施の形態）
以下本発明の回路基板の製造用クッション材を用いた多層の回路基板の製造方法について説明する。

図１は本発明の製造用クッション材の平面図であり、図２は本発明の製造用クッション材を用いた回路基板の製造方法を示す断面図であり、図３は熱プレス工程を示している。

図２において１ａおよび１ｂは、サイズが５００ｍｍ×３５０ｍｍ、厚みが約８０μｍのガラス繊維または芳香族ポリアミド繊維の織布または不織布の基材に熱硬化性エポキシ樹脂を含浸させた複合材からなるプリプレグシートであり、所定位置にレーザ加工などを用いて形成した貫通孔にはスキージング法などを用いて導電性ペースト２を充填している。

９は製品としてのサイズが４９５ｍｍ×３４５ｍｍのコア用基板であり、表裏には回路パターン４ａ，４ｂが形成され、さらに表裏の回路パターン４ａ，４ｂは任意の部位で導電性ペースト２によって電気的に接続されている。また、３ａ，３ｂは厚みが約１２μｍの銅などの金属はくであり、コア用基板９の両面にプリプレグシート１ａ，１ｂ、金属はく３ａ，３ｂが積層された製品としての構成を示している。

なお以降の説明においては、前述のコア用基板あるいはコア用基板とプリプレグシートと金属はくの被積層物を総称して単に製品として称する。

５ａ，５ｂは熱プレス時に製品群を挟持する、厚み約１ｍｍのステンレスなどの第１の金属板である。複数の前記製品が第１の金属板５ｂ上で位置決めされて製品部分１１を構成し、第１の金属板５ａ，５ｂで挟持されている状態の積層物１２を少なくとも１つ準備する。

また、６ａ，６ｂは製造用クッション材７ａ，７ｂと最上下段の第１の金属板５ａ，５ｂとの間に使用するステンレスなどの厚さ約３ｍｍの第２の金属板である。

製造用クッション材７ａ，７ｂは、サイズ８００ｍｍ×５５０ｍｍ、厚さ約２ｍｍで面方向への２枚の製品を配置した面積より大きく、全面に複数の穴１０が加工（直径２ｍｍ、ピッチ１０ｍｍ）され、キャリアプレート８の上に図２に示すように順次配置される。

第１の金属板５ａ，５ｂおよび第２の金属板６ａ，６ｂは、製造用クッション材７ａ，７ｂと同等サイズであり、前記の製品部分１１が占める面積より大きいサイズのものを使用している。

本実施の形態における回路基板の熱プレスに用いる製造用クッション材７は、図１に示すように、耐熱性シート１６に複数の穴１０が形成され、複数の穴の単位面積当たりの穴数は、穴が形成される位置により異なるものである。

図１の事例においては、説明を容易にするため図中の点線で示される部分を単位面積とする。

記号Ａの位置する部分は穴１０が４個形成されているのに対し、希望Ｂの位置する部分は穴１０が１個、記号Ｃの位置する部分は穴１０が３個、記号Ｄの位置する部分は穴１０が２個形成され、穴が形成される位置により穴数が異なるものである。

なお、単位面積とは、製造用クッション材のサイズや穴の総数等に応じて適宜設定すればよく、本実施の形態においては、３０ｍｍ×３０ｍｍ〜１００ｍｍ×１００ｍｍの範囲から選ばれる一定面積を単位面積としたものである。

この製造用クッション材７ａ，７ｂに加工された穴１０の大きさは第２の金属板６ａ，６ｂの厚みや穴１０の加工コストなどを考慮して決定される。例えば、穴１０の直径が５ｍｍと大きくて、第２の金属板６ａ，６ｂの厚みが１ｍｍと薄い場合では、穴１０に相当する製品部分で圧力が十分印加されない。この検査として、感圧紙で簡単に確認することが出来る。感圧紙は市販されており、例えば、冨士写真フィルム株式会社製のプレスケールなどがある。

なお、製造用クッション材７の耐熱性シート１６にはクラフト紙や耐熱ゴム材、例えばウレタンゴムやフッ素ゴムシートなどを用いれば良く、特に材質を限定するものではない。また、本実施の形態は金属板５ｂ上の面方向（横方向）に製品を２枚配置した事例を示したが、２枚以上の複数枚としても良く、あるいは１枚の配置としても良い。

次に、前記積層構成物１３を複数準備し、それを図３に示す熱プレス工程における熱プレス装置内へ搬送する。

図３の熱プレス工程ではこの搬送された複数個の積層構成物１３がキャリアプレート８ごと複数段に積み重ねられ熱プレス装置の上部熱板１４ａと上下可動な下部熱板１４ｂの間の所定位置にセットする。

本実施の形態ではプレス段数を１段としたが、生産性をアップさせるには複数段の上部及び下部熱板が配置された複数のプレス段数を備えた熱プレス装置により、さらに複数の積層構成物を同時に処理することもできる。

その後、熱プレス機の油圧シリンダー１５を上昇させて、下部熱板１４ｂと上部熱板１４ａを加圧するとともに所定条件で積層構成物１３を加熱する。これにより、Ｂステージ状のプリプレグシート１ａ，１ｂは溶融硬化することによりコア用基板９と金属はく３ａ，３ｂとが接着されるとともにプリプレグシート１ａ，１ｂの所定位置に形成したビア内の導電性ペースト２が圧縮されコア用基板９の回路パターン４ａ，４ｂと金属はく３ａ，３ｂが電気的に接続される。

そして、両面の金属はく３ａ，３ｂを選択的にエッチングすることで回路パターンが形成され（図示せず）、４層の回路基板が得られる。

本発明の実施の形態は上述したように、積層構成物の形成工程において、耐熱性シート１６に複数の穴を備えた製造用クッション材７ａ，７ｂを用いた。その作用効果を以下に説明する。

なお、図４中の「製品サイズ」との表示は、製品群を構成するプリプレグシートや金属はくは省略してコア用基板のみ表示し、「製品サイズ」と記している。

図４に示すように、圧力が印加されたとき製品部分に相当する場所では、製造用クッション材７が押し潰され横方向に広がる。製造用クッション材７に穴を配置することにより、その横方向に広がる製造用クッション材を吸収することができる。この作用により、図１２に示すような従来のクッション材２７で生じていた変形が抑制されるという効果を有する。

さらに、図５に示すように、製品の外周部に相当する位置（図中に矩形の点線で表示）の穴１０の配置を多くしたりあるいは穴１０の面積を大きくしたりすることにより製品への均圧性が向上する。

また、図６に示すように、圧力が印加されやすいプレス機の油圧シリンダー１５に相当する部分（図中に円形の点線で表示）に穴１０の配置を多くしたり穴１０を大きくしたりすることにより製品への均圧性が向上する。

以上のように、製造用クッション材７の変形を穴１０で吸収することにより、従来の工程において製品の外周が支点となってクッション材２７とともに変形していた第２の金属板２６が接する最下段の第１の金属板２５に生じていた変形（図１２）を解消することができる。このことから、図２に示した工程の後も、第１の金属板５ａ、５ｂおよび第２の金属板６ａ、６ｂは、平坦な状態を保つことができる。

これにより、製品に加わる圧力が均等となり、製品厚みが安定するとともに製品外周付近の抵抗値も安定した。

なお、上記の事例は、１枚の耐熱性シート１６からなる事例を示したが、図７に示すように２枚の耐熱性シート１６ａ、１６ｂを積層して構成することも可能である。

図７は、第１の耐熱性シート１６ａと第２の耐熱性シート１６ｂとの２枚の耐熱性シートが積層された製造用クッション材７ｃを示すものであり、各耐熱性シートには複数の穴１０が形成され、単位面積当たりの穴数は、穴が形成される位置により異なっている。

また、第１の耐熱性シート１６ａに形成された穴１０の位置と第２の耐熱性シート１６ｂに形成された穴１０の位置は異なっているほうが望ましく、これによりそれぞれ耐熱性シートが有する効果を相乗することができる。

図７の事例は、前述した図５、図６の事例で示した製造用クッション材を積層したものである。図７の図面は、図５の製造用クッション材を上側にし、図６の製造用クッション材を下側にしたものである。説明の便宜上、下側の製造用クッション材を透過して示した。また、図中の２つの矩形状の点線は、図５で説明した製品の外周部に相当する位置を示したものであり、円形状の点線は、図６で説明したプレス機の油圧シリンダー１５に相当する位置を示したものである。

図７の製造用クッション材７ｃを用いることにより、製品の外周部に相当する部分およびプレス機の油圧シリンダー１５に相当する部分の製品への均圧性を向上させることができる。

なお、図８に示すように、耐熱性シートに形成された穴１０内に、耐熱性シート１６とは異なる材料１７、１７ａを充填して製造用クッション材７を構成することも可能である。

図８は、耐熱性シートとしてウレタンゴムやフッ素ゴムシートを用いた場合において、図５で示した形態の製造用クッション材の穴に前記のウレタンゴムやフッ素ゴムよりも硬度が低いシリコンゴム等を充填したものであり、製品の形態や熱プレス条件等に応じて、製品の外周部に相当する位置（点線で表示）のクッション性を調整することが可能となり、熱プレスの工程において製品への均圧性を向上させるうえで有効な手段である。この際、図８に示すように、回路基板の熱プレスでの被積層物としての製品（図示せず）における外周部に相当する位置の穴内に充填される材料１７と、それ以外の位置の穴内に充填される材料１７ａとで区分され、互いに異なる材質とすることにより、製造用クッション材７のクッション性を微調整することが可能となり、併せて耐性をも向上させることができる。

なお、本実施の形態においては、製造用クッション材に形成された穴を円形としたが、図９に示すような長楕円形の穴１０ａとしてもよく、製造用クッション材の強度の維持や穴の形成加工の効率に応じて矩形や長方形でもよく、形状に限定されるものではない。

特に、製品外周部では、より多くの空隙を設けるために長方形の方が効率的である。

また、本実施の形態では製造用クッション材７を製品より大きいサイズとしたが、同等のサイズにおいても同様の効果が得られる。

また、第２の金属板６の厚みを３ｍｍとしているが、特に限定されるものではなく、穴の大きさにより最適な厚みとすることが望ましい。さらに、枚数を限定するものでなく、複数枚積層しても問題はない。

本発明の実施の形態の回路基板の製造用クッション材を用いて、１００枚の４層基板を製造したが、製品の中央付近の総厚約２６０μｍに対して外周部で＋１０μｍ以上あったものが５μｍ以下に改善され、また、接続抵抗値のバラツキが３０％以上改善されたことを発明者は確認した。

以上のように本発明の製造用クッション材を用いて回路基板を製造することにより、製造用クッション材の変形を吸収するとともに製造用クッション材近傍の金属板の変形を解消することで製品厚みや接続品質が安定した高品質の回路基板が実現できる。

なお、本実施の形態では、４層の回路基板としたが、層数に関係なく２層板でも４層以上の多層基板でも同様の効果が得られることはいうまでもない。

また、本実施の形態ではガラス繊維または芳香族ポリアミド繊維の織布または不織布の基材に熱硬化性エポキシ樹脂を含浸させた複合材からなるプリプレグシートとコア用回路基板を用いたが、有機系のベースフィルムやベースシートの表裏に熱硬化性樹脂、例えばエポキシ樹脂やイミド系樹脂等の層を形成したプリプレグシートやコア用回路基板であってもよく、また、コア用回路基板とプリプレグシートが異種材料であっても同様の効果が得られる。

さらに、本実施の形態ではセンターコアのビルドアップ構造としたが、プリプレグシートとコア用回路基板を複数枚重ねて一括積層する方式であっても同様の効果が得られることはいうまでもない。

以上のように本発明は、熱プレス時の製造用クッション材の変形を吸収し製造用クッション材近傍の金属板の変形を解消することで製品に加わる圧力を安定させ、製品厚みや接続品質の安定化が図れるもので、導電性ペーストでインナービアホール接続を備えた回路基板全般に有用であり、本発明の産業上の利用可能性は大といえる。

本発明の実施の形態における製造用クッション材の平面図 同実施の形態における回路基板製造の積層構成物形成工程を示す断面図 同実施の形態における回路基板製造の熱プレス工程を示す断面図 同実施の形態における製造用クッション材の変形説明図 同実施の形態における製造用クッション材の平面図 同実施の形態における製造用クッション材の平面図 同実施の形態における製造用クッション材を示す図 同実施の形態における製造用クッション材を示す図 同実施の形態における製造用クッション材の平面図 従来の回路基板の製造方法の積層構成物形成工程を示す断面図 従来の回路基板の製造方法の熱プレス工程を示す断面図 従来の回路基板の製造方法におけるクッション材近傍の変形説明図

符号の説明

１ａ，１ｂ プリプレグシート
２ 導電性ペースト
３ａ，３ｂ 金属はく
４ａ，４ｂ 回路パターン
５ａ，５ｂ 第１の金属板
６ａ，６ｂ 第２の金属板
７、７ａ，７ｂ，７ｃ 製造用クッション材
８ キャリアプレート
９ コア用基板
１０、１０ａ 穴
１１ 製品部分
１２ 積層物
１３ 積層構成物
１４ａ 上部熱板
１４ｂ 下部熱板
１５ 油圧シリンダー
１６、１６ａ、１６ｂ 耐熱性シート
１７、１７ａ 材料

Claims (11)

1. 回路基板用熱プレスに用いるクッション材であって、
   耐熱性シートに複数の穴が形成され、
   前記複数の穴の単位面積当たりの穴数は、穴が形成される位置により異なることを特徴とする回路基板の製造用クッション材。
2. 前記複数の穴の穴面積は、穴が形成される位置により異なることを特徴とする請求項１に記載の回路基板の製造用クッション材。
3. 耐熱性シートは、第１の耐熱性シートと第２の耐熱性シートとの少なくとも２枚の耐熱シートが積層されて構成され、
   前記第１の耐熱性シートに形成された穴位置と前記第２の耐熱性シートに形成された穴位置は異なることを特徴とする請求項１に記載の回路基板の製造用クッション材。
4. 耐熱性シートは、シート状のクラフト紙または耐熱ゴムであることを特徴とする請求項１に記載の回路基板の製造用クッション材。
5. 耐熱性シートに形成された穴内には、前記耐熱性シートとは異なる材料が充填されていることを特徴とする請求項１に記載の回路基板の製造用クッション材。
6. 穴内に充填される材料は、穴が形成される位置により異なる材質のものであることを特徴とする請求項５に記載の回路基板の製造用クッション材。
7. 穴内に充填される材料の硬度は、耐熱性シートの材料の硬度よりも低いことを特徴とする請求項５に記載の回路基板の製造用クッション材。
8. 穴が形成される位置は、回路基板用熱プレスでの被積層物における外周部に相当する位置とそれ以外の位置とで区分されることを特徴とする請求項６に記載の回路基板の製造用クッション材。
9. 回路基板用熱プレスに用いるクッション材は、
   少なくとも１枚の製品からなる製品部分の上下を第１の金属板で挟持された積層物の前記第１の金属板の外側に第２の金属板を介して配置されて積層構成物を構成するものの一つであり、
   回路基板用熱プレスは、
   上部熱板と油圧シリンダーによって上下可能な下部熱板を有するプレス機の前記上部熱板と下部熱板の間に配置された前記積層構成物を前記油圧シリンダーを上昇させて前記積層構成物を加熱加圧するものであることを特徴とする請求項１に記載の回路基板の製造用クッション材。
10. プレス機の油圧シリンダー部が存在する領域または前記製品部分の外周部の領域に相当するクッション材の領域の単位面積当たりの穴数は、前記領域以外の領域の穴数より多く形成されていることを特徴とする請求項９に記載の回路基板の製造用クッション材。
11. プレス機の油圧シリンダー部が存在する領域または前記製品部分の外周部の領域に相当するクッション材の領域に形成された穴の穴面積は、前記領域以外の領域の穴の穴面積より大きく形成されていることを特徴とする請求項９に記載の回路基板の製造用クッション材。

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