JP2011071355A - セラミック多層基板の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】基板のソリやウネリを抑制することができるセラミック多層基板の製造方法を提供する。
【解決手段】（ｉ）複数のセラミックグリーンシートが積層され、積層されたセラミックグリーンシートの間の一部の領域に導体材料が配置された積層体を形成する第１の工程と、（ii）積層体を焼成して集合基板を形成する第２の工程と、（iii）集合基板を複数の子基板に分割する第３の工程とを備える。第１の工程において積層体を形成するときに、少なくとも１つのセラミックグリーンシート１０の主面１０ａのうち子基板になる子基板領域１１ごとに分けて、絶縁材料１０ｓ，１０ｔを配置し、かつ、子基板領域１１のうち、少なくとも１つの子基板領域には相対的に多い量の絶縁材料１０ｓを配置する一方、他の少なくとも１つの子基板領域には相対的に少ない量の絶縁材料１０ｔを配置する。
【選択図】図１

Description

本発明は、セラミック多層基板の製造方法に関し、詳しくは、集合基板を分割して取り出した子基板によりセラミック多層基板を製造する方法において基板のソリやウネリなどの変形を抑える技術に関する。

セラミック多層基板は、セラミックグリーンシートを積層した積層体を焼成することにより製造される。積層されるセラミックグリーンシートは、表面に導体パターンが形成されたり、表裏面間を貫通するビアホールに導電材料が充填されたりしている。

セラミックグリーンシートが積層されたときに、セラミックグリーンシートの表面に形成された導体パターンの厚みによる段差が累積すると、焼成時のデラミネーションやクラックが発生しやすくなる。すなわち、焼成時に、導体パターンとセラミックの収縮率の差により、導体パターンとセラミックとが剥離し、両者の間に空隙等が発生しやすくなる。このような空隙は、基板のソリやウネリなどの変形の原因になる。

これを防ぐため、セラミックグリーンシートを積層するときに、例えば図３の断面図に示す工程のように、セラミックグリーンシートの表面のうち導体パターンが形成された部分以外の部分にセラミックパターンを形成することが提案されている。

すなわち、図３（ａ）に示すように、キャリアフィルム１０１上にセラミックスラリを塗布してセラミックグリーンシート１０３を形成する。次いで、図３（ｂ）の断面図に示すように、セラミックグリーンシート１０３の表面にセラミックペーストを印刷してセラミックパターン１０５を形成する。次いで、図３（ｃ）の断面図に示すように、セラミックパターン１０５の内側に、導体ペーストを印刷して導体パターン１０７を形成する。次いで、図３（ｄ１）、（ｄ２）に示すように、セラミックパターン１０５及び導体パターン１０７を形成した複数のセラミックグリーンシート１０３を積層して積層体１１３を形成する。そして、積層体１１３を点線部Ｃで切断する（例えば、特許文献１参照）。

特開２００４-７９８６２号公報

セラミックグリーンシートの表面に、導体パターンとセラミックパターンとを形成して、セラミックグリーンシートを積層したときに段差が生じないようにしても、セラミックグリーンシートの各層において、導体パターンの密度は異なることが多い。このような導体パターンの粗密により焼成時の収縮が不均一になると、焼成後に基板のソリやウネリが発生する。

また、グリーンシートの面内において、その中央部と周辺部とで焼成時の収縮量に差があるため、焼成後に基板の面内方向においてソリやウネリが発生する。

焼成後の基板にソリやウネリが発生すると、焼成後の基板に樹脂膜を塗布する工程において樹脂膜厚みが基板面内でばらついたり、基板を吸着しながら工程を進める際に吸着が不十分になったりするなどの問題が発生する。

本発明は、かかる実情に鑑み、基板のソリやウネリを抑制することができるセラミック多層基板の製造方法を提供しようとするものである。

本発明は、上記課題を解決するために、以下のように構成したセラミック多層基板の製造方法を提供する。

セラミック多層基板の製造方法は、（ｉ）複数のセラミックグリーンシートが積層され、積層された前記セラミックグリーンシートの間の一部の領域に導体材料が配置された積層体を形成する第１の工程と、（ii）前記積層体を焼成して集合基板を形成する第２の工程と、（iii）前記集合基板を複数の子基板に分割する第３の工程とを備える。前記第１の工程において前記積層体を形成するときに、少なくとも１つの前記セラミックグリーンシートの主面のうち前記子基板になる子基板領域ごとに分けて、絶縁材料を配置し、かつ、前記子基板領域のうち、少なくとも１つの前記子基板領域には相対的に多い量の前記絶縁材料を配置する一方、他の少なくとも１つの前記子基板領域には相対的に少ない量の前記絶縁材料を配置する。

上記方法によれば、子基板領域ごとに絶縁材料を配置する量を調整することできる。セラミックグリーンシートの主面に配置する絶縁材料の量や位置を、子基板領域単位で調整することによって、各セラミックグリーンシートに対応して焼成後に形成される各絶縁体層を平面状にすることができる。これにより、基板を面内方向において平坦化することができ、基板のソリやウネリを抑制できる。

なお、第１の工程において、絶縁材料が配置されるセラミックグリーンシートは、絶縁材料が配置されるときに、他のゼラミックグリーンシートに積層されていない状態であっても、他のセラミックグリーンシートに積層された状態であってもよい。

好ましくは、前記第１の工程において、前記セラミックグリーンシートの前記主面の前記子基板領域のうち、凹みが相対的に大きい前記子基板領域には相対的に多い量の前記絶縁材料を配置する一方、凹みが相対的に小さい前記子基板領域には相対的に少ない量の前記絶縁材料を配置する。

この場合、セラミックグリーンシートの主面の子基板領域ごとの凹みの大きさに合わせて、絶縁材料を配置する量を変えることによって、焼成後の集合基板のソリやウネリを抑制できる。

好ましくは、前記第１の工程において、前記絶縁材料を配置する前記セラミックグリーンシートの前記主面の前記子基板領域ごとに、予め、表面の凹凸を測定し、該測定結果に基づいて、前記セラミックグリーンシートの前記主面の前記子基板領域ごとに前記絶縁材料を配置する量を決定する。

この場合、絶縁材料を配置するセラミックグリーンシートについて、予め、表面の凹凸を測定して、子基板領域ごとに絶縁材料を配置する量を決める。これによって、個々のセラミックグリーンシートの実際の表面の凹凸の大きさに対応して、子基板領域ごとに適切な量の絶縁材料を配置することができるので、基板をより平坦化することができる。例えば、大きい凹部を有する子基板領域については、その子基板領域に配置する絶縁材料の量を多くする。一方、小さい凹部を有する子基板領域については、その子基板領域に配置する絶縁材料の量は、少なくする。

すなわち、それぞれの子基板領域について表面形状に応じた表面の補正ができるので、基板のソリやウネリの改善効果を高めることができる。

好ましくは、前記第１の工程において、前記絶縁材料を配置する前記セラミックグリーンシートの前記主面のうち、前記子基板領域以外の周縁部に前記絶縁材料を配置する。

この場合、セラミックグリーンシートの主面の周縁部にも絶縁材料を配置することによって、セラミックグリーンシートを積層したときに、セラミックグリーンシートの外周付近の厚みが中心部分の厚みよりも小さくならないようにすることができ、焼成後の集合基板の厚みが均一になるようにすることができる。これによって、基板のソリやウネリを抑えることができる。

好ましくは、前記第１の工程において、前記セラミックグリーンシートの前記主面の前記子基板領域に前記絶縁材料を配置するとき、前記セラミックグリーンシートの前記主面の中心から離れた前記子基板領域ほど前記絶縁材料を配置する量を多くする。

均一な厚みのセラミックグリーンシートを積層した場合、焼成時の収縮率は、周辺部ほど大きくなるため、焼成後の基板には周辺部でソリが発生する。このような周辺部のソリは、セラミックグリーンシートの主面の中央部から周辺部へ向うにつれて、絶縁材料を配置する量を次第に多くし、焼成時の中心部と周辺部の収縮量が均一になるようにすることで、抑制することができる。

好ましくは、前記第１の工程において、前記積層体は、前記セラミックグリーンシートの間に配置された前記絶縁材料と前記導電材料とが互いに離れ、又は、それぞれの外周のみが接するように形成する。

この場合、セラミックグリーンシートの間に配置された絶縁材料と導電材料とは、重なり合うことがない。導電材が配置された部分はすでに凸状になっているため、その上にさらに絶縁材料が重ねて配置されると、凸部が高くなり、焼成後の集合基板のソリが大きくなる可能性がある。絶縁材料と導電材料とが重なり合うことがないよう配置すると、このようなソリを防ぐことができる。

好ましくは、前記第１の工程において、前記セラミックグリーンシートの前記主面の前記子基板領域に前記絶縁材料を配置するとき、収縮率の異なる複数種類の前記絶縁材料を使用する。

例えば、セラミックグリーンシートの主面で発生しているソリやウネリのうち、ソリの大きい部分の子基板領域には、焼成時の収縮率が小さい絶縁材料を配置し、ソリの小さい部分の子基板領域には、焼成時の収縮率が大きい絶縁材料を配置する。子基板領域ごとに配置する絶縁材料の量に加えて、絶縁材料の焼成時の収縮率によるソリの調整も可能となり、調整することができるパラメータが増えるため、ソリの改善効果を高めることができる。

好ましくは、前記絶縁材料の主成分は、前記セラミックグリーンシートの主成分と同じである。

絶縁材料とセラミックグリーンシートの主成分同士を同じにしておくことで、焼成時に両者の結合が強くなり、セラミックグリーンシートにより形成される部分と絶縁材料により形成される部分との密着強度を向上させることができる。

本発明のセラミック多層基板の製造方法によれば、基板のソリやウネリを抑制することができる。

セラミック多層基板の製造工程を示す斜視図である。（実施例１） セラミック多層基板の製造工程を示す斜視図である。（実施例１） セラミック多層基板の製造工程を示す断面図である。（従来例）

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

＜実施例１＞ 実施例１のセラミック多層基板の製造方法について、図１及び図２を参照しながら説明する。

セラミック多層基板は、積層されたセラミックグリーンシートを焼成することにより形成された複数の絶縁体層の間に、絶縁層に沿って延在する導体パターンが子基板ごとに形成されている。また、絶縁層を貫通するビアホール導体が形成されている。セラミック多層基板の内部には、導体パターンやビアホール導体によって、抵抗、インダクタ、コンデンサなどの回路素子を含む内部回路が構成されている。また、セラミック多層基板の内部又は表面に、電子部品が搭載されることもある。セラミック多層基板には外部端子電極が形成され、他の回路基板にセラミック多層基板を実装できるようになっている。

セラミック多層基板は、次の第１〜第３の工程によって作製する。図１及び図２は、セラミック多層基板を作製する工程を模式的に示す斜視図である。

まず、第１の工程として、複数のセラミックグリーンシートが積層され、積層されたセラミックグリーンシートの間の一部の領域に導体材料が配置された積層体を形成する。積層体を形成するときに、少なくとも１つのセラミックグリーンシートの主面のうち子基板になる子基板領域ごとに分けて、絶縁材料を配置し、かつ、子基板領域のうち、少なくとも１つの子基板領域には相対的に多い量の絶縁材料を配置する一方、他の少なくとも１つの子基板領域には相対的に少ない量の絶縁材料を配置する。

具体的には、例えば図１（ａ）に示すように、第１のセラミックグリーンシート１０を用意する。第１のセラミックグリーンシート１０は、セラミックスラリーを用い、ドクターブレード法により形成する。第１のセラミックグリーンシート１０の主面である上面１０ａには、導体ペーストを印刷するなどの方法によって、導体材料を含む導体パターン１０ｋが形成されている。第１のセラミックグリーンシート１０の上面１０ａは、複数の子基板に分割される子基板領域１１を含んでいる。鎖線は、子基板領域１１の仮想境界線を示している。図示していないが、第１のセラミックグリーンシート１０には、ビアホール導体が形成されている。なお、子基板領域１１の集合部分の周囲には、導体パターンが形成されていない外周部領域１５が配置されている。

次いで、図１（ｂ）に示すように、第１のセラミックグリーンシート１０の上面１０ａについて、例えばレーザー変位計８０を矢印８２で示すように走査することにより、第１のセラミックグリーンシート１０の上面１０ａの各子基板領域１１について表面の凹凸を測定する。

セラミックグリーンシートの表面の凹凸は、例えば、導体パターン１０ｋを形成するための導体ペーストの乾燥に伴って形成される。セラミックグリーンシートは中央部と周辺部とでは乾燥状態が異なっているため、セラミックグリーンシートの中央部と周辺部とで、セラミックグリーンシートの表面の凹凸の大きさが異なる。

次いで、表面の凹凸の測定値に基づいて、各子基板領域１１に塗布する絶縁体ペーストの量を決定する。例えば、絶縁体ペーストの塗布量は、表面の凹みが相対的に大きい子基板領域については多くなり、表面の凹みが相対的に小さい子基板領域については少なくなるように、決定する。

次いで、図１（ｃ）に示すように、各子基板領域１１に、それぞれについて表面の凹凸の測定結果に基づいて決定した量の絶縁体ペースト１０ｓ，１０ｔを配置する。具体的には、子基板領域１１ごとに配置する絶縁体ペーストの量に対応した大きさの貫通孔が形成された印刷スクリーンを、セラミックグリーンシート１０の上面１０ａに重ね、絶縁体ペーストを印刷することによって、それぞれの子基板領域１１について表面の凹凸の測定結果に基づいて決定した量の絶縁体ペースト１０ｓ，１０ｔを塗布する。インクジェット等の印刷以外の方法で、それぞれの子基板領域１１について表面の凹凸の測定結果に基づいて決定した量の絶縁体ペースト１０ｓ，１０ｔを供給する。

例えば、第１のセラミックグリーンシート１０の上面１０ａの子基板領域１１のうち、表面の凹みが相対的に大きい周辺部の子基板領域には相対的に多い量の絶縁体ペースト１０ｓを配置する。一方、表面の凹みが相対的に小さい中心部の子基板領域には相対的に少ない量の絶縁体ペースト１０ｔを配置する。このようにセラミックグリーンシート１０の上面１０ａの子基板領域１１ごとの表面の凹みの大きさに合わせて、絶縁体ペーストを配置する量を変えることによって、焼成後の集合基板のソリやウネリを抑制できる。

図１では、４×４の子基板領域１１を模式的に図示しているが、さらに多くの子基板領域を含む場合にも、第１のセラミックグリーンシートの上面の中心から離れた子基板領域ほど絶縁体ペーストを配置する量を多くすることが好ましい。

均一な厚みのセラミックグリーンシートを積層した場合、焼成時の収縮率は、周辺部ほど大きくなるため、焼成後の基板には周辺部でソリが発生する。このような周辺部のソリは、セラミックグリーンシートの上面の中央部から周辺部へ向うにつれて、絶縁体ペーストを配置する量を次第に多くし、焼成時の中心部と周辺部の収縮量が均一になるようにすることで、抑制することができる。

第１のセラミックグリーンシート１０の上面１０ａに配置する絶縁体ペースト１０ｓ、１０ｔは、図１（ｃ）では図示を省略している導体パターン１０ｋに重ならないように配置することが好ましい。すなわち、絶縁体ペースト１０ｓ，１０ｔと導体パターン１０ｋとが互いに離れ、又は、それぞれの外周のみが接するように形成することが好ましい。

導体パターン１０ｋが形成された部分はすでに凸状になっているため、その上にさらに絶縁体ペースト１０ｓ，１０ｔが重ねて配置されると、凸部が高くなり、焼成後の集合基板のソリが大きくなる可能性がある。絶縁体ペースト１０ｓ，１０ｔと導体パターン１０ｋとが重なり合うことがないよう配置すると、このようなソリを防ぐことができる。

絶縁体ペーストは、絶縁材料を含む。絶縁体ペーストの主成分は、セラミックグリーンシートの主成分と同じにすることが好ましい。例えば、絶縁体ペーストには、セラミックグリーンシートの主成分と同じセラミックを含むセラミックペーストを用いる。

このように絶縁体ペーストとセラミックグリーンシートの主成分同士を同じにしておくことで、焼成時に両者の結合が強くなり、セラミックグリーンシートにより形成される部分と絶縁体ペーストにより形成される部分との密着強度を向上させることができる。

なお、セラミック多層基板を製造するときに、毎回、個々のセラミックグリーンシートの上面の子基板領域の表面の凹凸を測定し、その都度、絶縁体ペーストの量を決定してもよいが、セラミックグリーンシートの上面の子基板領域の表面の凹凸のばらつきが小さい場合などには、毎回の測定を省略し、一度決めた絶縁体ペーストの量を、以後、連続して用いてもよい。

また、セラミックグリーンシートの上面の子基板領域の表面の凹凸を測定することなく、試行錯誤によって、子基板領域ごとの絶縁体ペーストの量を決定してもよい。この場合、焼成後の集合基板のソリやウネリを抑制できるようにすると、結果的には、凹みが相対的に大きい子基板領域には相対的に多い量の絶縁体ペーストを塗布する一方、凹みが相対的に小さい子基板領域には相対的に少ない量の絶縁体ペーストを塗布することになる。

次いで、図１（ｄ）に示すように、絶縁体ペースト１０ｓ，１０ｔが配置された第１のセラミックグリーンシート１０の上面１０ａの上に、導体パターン１２ｋが形成された第２のセラミックグリーンシート１２を重ねる。そして、第１のセラミックグリーンシート１０と同様に、第２のセラミックグリーンシート１２の上面１２ａについて、各子基板領域１３について表面の凹凸を測定し、その測定値に基づいて、各子基板領域１３に塗布する絶縁体ペーストの量を決定し、決定した量の絶縁体ペーストを、各子基板領域１３に配置する。

以下同様に、所定数のセラミックグリーンシートを積層して、積層体を形成する。

なお、積層体を構成する少なくとも１つのセラミックグリーンシートの上面に絶縁体ペーストが塗布されていればよい。すなわち、積層体は、上面に絶縁体ペーストが配置されないセラミックグリーンシートを含んでいても構わない。

また、セラミックグリーンシートを積層する順序は適宜に選択すればよく、例えば、複数のセラミックグリーンシートが積層された積層体要素を複数作製し、これらの積層体要素を積み重ねることによって、積層体を形成してもよい。

次に、第２の工程として、積層体を焼成して、図２（ｅ）に示すように、集合基板２０を形成する。図示していないが、集合基板２０には、必要に応じて、外部端子電極を形成したり、電子部品を搭載したりする。

次に、第３の工程として、図２（ｆ）に示すように、集合基板２０を複数の子基板３０に分割する。

例えば、図２（ｅ）において破線で示すブレイク溝２２を、ダイシング加工やレーザー加工によって集合基板２０の上面２０ａに形成し、ブレイク溝２２に沿って外周部領域１５を子基板領域１１から切り離すとともに集合基板２０を分割して、子基板３０を取り出す。ブレイク溝２２は、集合基板２０の焼成前に形成しても、焼成後に形成してもよい。

以上の第１〜第３の工程によってセラミック多層基板を作製すると、セラミックグリーンシートの上面の子基板領域ごとに絶縁体ペーストの塗布量を調整することによって、焼成後の集合基板内の形状のばらつきにあわせて、子基板単位で調整が可能になり、基板のソリやウネリを抑制することができる。

すなわち、子基板領域ごとに絶縁体ペーストを塗布する量を調整することできるので、セラミックグリーンシートの主面に配置する絶縁材料の量や位置を、子基板領域単位で調整できる。これによって、各セラミックグリーンシートに対応して焼成後に形成される各絶縁体層を平面状にすることができ、基板を面内方向において平坦化することができ、基板のソリやウネリを抑制できる。

その結果、基板に搭載される電子部品の実装性や、基板の平面度の安定化が可能となる。

＜変形例１＞ セラミックグリーンシートの上面の中心部のみに子基板領域を形成し、周縁部には子基板領域が形成されないようにする。セラミックグリーンシートの上面の周縁部に絶縁体ペーストを塗布した後、その上に、他のセラミックグリーンシートを積み重ねる。

セラミックグリーンシートの上面の周縁部に絶縁体ペーストを塗布することによって、セラミックグリーンシートを積層したときに、セラミックグリーンシートの外周付近の厚みが中心部分の厚みよりも小さくならないようにすることができ、焼成後の集合基板の厚みが均一になるようにすることができる。これによって、基板のソリやウネリを抑えることができる。

＜変形例２＞ セラミックグリーンシートの上面の子基板領域に絶縁体ペーストを塗布するとき、収縮率の異なる複数種類の絶縁体ペーストを使用する。

例えば、セラミックグリーンシートの主面で発生しているソリやウネリのうち、ソリの大きい部分の子基板領域には、焼成時の収縮率が小さい絶縁体ペーストを配置し、ソリの小さい部分の子基板領域には、焼成時の収縮率が大きい絶縁材料を配置する。子基板領域ごとに配置する絶縁体ペーストの量に加えて、絶縁体ペーストの焼成時の収縮率によるソリの調整も可能となり、調整することができるパラメータが増えるため、ソリの改善効果を高めることができる。

＜まとめ＞ 以上のように、セラミックグリーンシートの子基板領域ごとに、絶縁体ペーストを配置する量を調整することにより、焼成後の集合基板のソリやウネリを抑えることができる。

なお、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、種々変更を加えて実施することが可能である。

１０ セラミックグリーンシート
１０ａ 上面（主面）
１０ｋ 導体パターン（導体材料）
１０ｓ，１０ｔ 絶縁体ペースト（絶縁材料）
１１ 子基板領域
１２ セラミックグリーンシート
１２ａ 上面（主面）
１２ｋ 導体パターン（導体材料）
１３ 子基板領域
１５ 外周部領域
２０ 集合基板
３０ 子基板

Claims (8)

1. 複数のセラミックグリーンシートが積層され、積層された前記セラミックグリーンシートの間の一部の領域に導体材料が配置された積層体を形成する第１の工程と、
   前記積層体を焼成して集合基板を形成する第２の工程と、
   前記集合基板を複数の子基板に分割する第３の工程と、
   を備えたセラミック多層基板を製造する方法であって、
   前記第１の工程において前記積層体を形成するときに、少なくとも１つの前記セラミックグリーンシートの主面のうち前記子基板になる子基板領域ごとに分けて、絶縁材料を配置し、かつ、前記子基板領域のうち、少なくとも１つの前記子基板領域には相対的に多い量の前記絶縁材料を配置する一方、他の少なくとも１つの前記子基板領域には相対的に少ない量の前記絶縁材料を配置することを特徴とする、セラミック多層基板の製造方法。
2. 前記第１の工程において、前記セラミックグリーンシートの前記主面の前記子基板領域のうち、凹みが相対的に大きい前記子基板領域には相対的に多い量の前記絶縁材料を配置する一方、凹みが相対的に小さい前記子基板領域には相対的に少ない量の前記絶縁材料を配置することを特徴とする、請求項１に記載のセラミック多層基板の製造方法。
3. 前記第１の工程において、
   前記絶縁材料を配置する前記セラミックグリーンシートの前記主面の前記子基板領域ごとに、予め、表面の凹凸を測定し、該測定結果に基づいて、前記セラミックグリーンシートの前記主面の前記子基板領域ごとに前記絶縁材料を配置する量を決定することを特徴とする、請求項１又は２に記載のセラミック多層基板の製造方法。
4. 前記第１の工程において、前記絶縁材料を配置する前記セラミックグリーンシートの前記主面のうち、前記子基板領域以外の周縁部に前記絶縁材料を配置することを特徴とする、請求項１乃至３のいずれか一つに記載のセラミック多層基板の製造方法。
5. 前記第１の工程において、前記セラミックグリーンシートの前記主面の前記子基板領域に前記絶縁材料を配置するとき、前記セラミックグリーンシートの前記主面の中心から離れた前記子基板領域ほど前記絶縁材料を配置する量を多くする、請求項１乃至４のいずれか一つに記載のセラミック多層基板の製造方法。
6. 前記第１の工程において、前記積層体は、前記セラミックグリーンシートの間に配置された前記絶縁材料と前記導電材料とが互いに離れ、又は、それぞれの外周のみが接するように形成することを特徴とする、請求項１乃至５のいずれか一つに記載のセラミック多層基板の製造方法。
7. 前記第１の工程において、前記セラミックグリーンシートの前記主面の前記子基板領域に前記絶縁材料を配置するとき、収縮率の異なる複数種類の前記絶縁材料を使用することを特徴とする、請求項１乃至６のいずれか一つに記載のセラミック多層基板の製造方法。
8. 前記絶縁材料の主成分は、前記セラミックグリーンシートの主成分と同じであることを特徴とする、請求項１乃至７のいずれか一つに記載のセラミック多層基板の製造方法。

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