JP2014027023A - 電子機器、および回路基板の取り付け方法 - Google Patents

Abstract

【課題】回路基板の接続信頼性を高めることができ薄型化が可能な電子機器、および回路基板の取り付け方法を提供することを課題とする。
【解決手段】実施形態に係る電子機器は、厚さを部分的に増した肉厚部分を有する筐体と、裏面に他の部品を取り付けた電子部品と、貫通した孔を有する基板と、を有する。基板は、他の部品が孔に入る姿勢で電子部品を取り付けた表面、および肉厚部分に孔が少なくとも部分的に重なるように筐体の内面に対向した裏面を有する。
【選択図】 図３

Description

本発明の実施形態は、筐体に回路基板を取り付けた電子機器、および回路基板の取り付け方法に関する。

従来、例えば、筐体の内面に比較的大きな回路基板を取り付けて、この比較的大きな回路基板に重ねて比較的小さな別の回路基板を接続した電子装置が知られている。比較的小さな回路基板は、例えば、比較的大きな回路基板の表面に複数のバンプを介して実装される。

この装置では、筐体の内面から離間して配置された比較的小さな回路基板の放熱経路を確保するため、例えば、比較的大きな回路基板を貫通した孔を設け、この貫通孔に筐体内面から突設した突起を通して、この突起の先端に比較的小さな回路基板の裏面を接触させている。

特開２００５−５６２９号公報

しかし、比較的大きな回路基板に貫通孔を設けることで、孔の縁が変形し易くなるため、この部分に応力が集中すると、比較的大きな回路基板に重ねた比較的小さな回路基板の接続信頼性が損なわれる。

また、筐体内面に２枚の回路基板を重ねて取り付けた場合、筐体の厚さ方向のサイズが大きくなり、薄型化が難しい。特に、比較的小さな回路基板は、突起の先端に当接させて取り付けられているため、筐体の厚さを含む装置全体の厚さが厚くなる。

よって、回路基板の接続信頼性を高めることができ薄型化が可能な電子機器の開発が望まれている。

実施形態に係る電子機器は、厚さを部分的に増した肉厚部分を有する筐体と、裏面に他の部品を取り付けた電子部品と、貫通した孔を有する基板と、を有する。基板は、他の部品が孔に入る姿勢で電子部品を取り付けた表面、および肉厚部分に孔が少なくとも部分的に重なるように筐体の内面に対向した裏面を有する。

実施形態に係る回路基板の取り付け方法によると、電子部品の裏面に取り付けた他の部品を基板の貫通した孔に入れるように基板の表面に電子部品を取り付け、厚さを部分的に増すように筐体の内面から突設した凸部を基板の孔に少なくとも部分的に入れるように基板の裏面を筐体の内面に接着する。

図１は、実施形態に係るタブレットコンピュータを示す正面図である。 図２は、図１のタブレットコンピュータの内部構造を示す概略図である。 図３は、実施形態に係る電子機器を示す斜視図である。 図４は、図３の電子機器の本体ユニットを分解した斜視図である。 図５は、図４の回路基板の取り付け構造を示す概略図である。 図６は、図５の矢印Ｆ６方向から見た部分拡大平面図である。 図７は、図５の回路基板の取り付け方法を説明するための動作説明図である。 図８は、図７とともに図５の回路基板の取り付け方法を説明するための動作説明図である。 図９は、図８（ｃ）の構造の変形例を示す概略図である。 図１０は、第２の実施形態に係る凸部を示す平面図である。 図１１は、図１０のＦ１１−Ｆ１１に沿った断面図である。 図１２は、第３の実施形態に係る凸部を示す平面図である。 図１３は、図１２のＦ１３−Ｆ１３に沿った断面図である。 図１４は、第４の実施形態に係る凸部を示す平面図である。 図１５は、図１４のＦ１５−Ｆ１５に沿った断面図である。

以下、図面を参照しながら実施形態について詳細に説明する。
図１は、実施形態に係るタブレットコンピュータ１の正面図であり、図２は、このタブレットコンピュータ１の内部構造を示す概略図である。タブレットコンピュータ１は、「電子機器」の一例である。

タブレットコンピュータ１は、例えば、合成樹脂によって箱状に形成された筐体１４と、この筐体１４の内部に収納された回路基板６と、を有する。回路基板６には、ＣＰＵ等の複数の回路部品（１つの例を回路部品２５として図示）が取り付けられ、ここでは図示しない表示パネルに電気的に接続される。

なお、これらの詳細は、以下に説明する実施形態に係る電子機器１０の構造と略同じであるため、以下の実施形態を詳しく説明し、以下の実施形態の構成と同一または類似の機能を有する構成は、同一の符号を付してその説明を省略する。

図３は、実施形態に係る電子機器１０の斜視図である。この電子機器１０は、例えばノートブック型のポータブルコンピュータ（ノートＰＣ）である。なお、本実施形態が適用可能な電子機器は、これに限らず、例えば、スレート型ポータブルコンピュータ（スレートＰＣ、タブレット）や、テレビジョン受像機、携帯電話（スマートフォンを含む）、ゲーム機など多くの電子機器に広く適用可能である。

電子機器１０は、第１ユニット１１と、第２ユニット１２と、ヒンジ部１３ａ、１３ｂと、を有する。第１ユニット１１は、例えば、メインボードを内蔵した本体ユニットである。第１ユニット１１は、第１筐体１４（筐体）を備えている。第１筐体１４内には、例えば、メインボードとしての回路基板６（後述する）が収容配置されている。第１筐体１４は、上壁１４ａ、下壁１４ｂ、及び周壁１４ｃを有し、扁平な箱状に形成されている。

下壁１４ｂは、例えば、電子機器１０を机の上に置いた時、その机上面（載置面）に向かい合う。下壁１４ｂは、例えば、机上面に接する複数の脚部１５を有する。上壁１４ａは、下壁１４ｂとは反対側に位置する。上壁１４ａは、下壁１４ｂとの間に空間を空けて、下壁１４ｂと略平行に広がる。周壁１４ｃは、下壁１４ｂの周縁部と上壁１４ａの周縁部との間を繋いでいる。

第２ユニット１２は、例えば、表示ユニットであり、第２筐体１６と、この第２筐体１６に収容された表示装置５と、を備えている。表示装置５は、例えば、液晶ディスプレイであるが、これに限定されるものではない。表示装置５は、表示画面５ａを有する。第２筐体１６は、表示画面５ａが露出する開口部１６ａを有する。

第２筐体１６は、ヒンジ部１３ａ、１３ｂによって、第１筐体１４の端部に回動可能（開閉可能）に連結されている。これにより、第１筐体１４と第２筐体１６とが重ねられる閉塞位置と、第１筐体１４と第２筐体１６とが開かれる開放位置（図３の位置）と、の間で、第２筐体１６が第１筐体１４に対して回動可能である。

第１ユニット１１の第１筐体１４（以下、筐体１４と称する）の上壁１４ａには、入力装置としてのキーボード１７が設けられている。入力装置は、キーボード１７に限定されるものではなく、タッチパネル（タッチセンサ）やその他の入力装置であってもよい。

筐体１４は、ベース１８（下カバー）と、カバー１９（上カバー）とを有する。ベース１８は、下壁１４ｂと、周壁１４ｃの一部とを含む。カバー１９は、上壁１４ａと、周壁１４ｃの一部とを含む。本実施形態では、ベース１８とカバー１９とが組み合わされることで、筐体１４が構成されている。

カバー１９は、キーボード１７が取り付けられるキーボード取付部２１を有する。キーボード取付部２１は、筐体１４の長手方向に延び、筐体１４の略全幅に亘る。キーボード取付部２１は、上壁１４ａから窪んでいる。これにより、キーボード取付部２１に取り付けられたキーボード１７は、上壁１４ａと略同じ高さか、上壁１４ａからわずかに高くなる。

図４は、第１ユニット１１の分解斜視図である。ここでは、ベース１８の図示は省略してある。裏返しにされたカバー１９の内面には、回路基板６、バッテリ２３、及びスピーカ２４ａ、２４ｂが取り付けられる。回路基板６は、キーボード取付部２１の裏面（筐体の内面）に取り付けられ、キーボード取付部２１よりベース１８側（ここでは図示せず）に位置する。回路基板６は、例えば図示しないケーブルを介して表示装置５と電気的に接続されている。本実施形態の回路基板６は、基板６０の表面６ａ（図４で見える側の面）に複数の電子部品を備えた片面実装タイプのものである。

基板６０は、第１面６ａと、この第１面６ａと反対側に位置した第２面６ｂ（裏面）と、を有する。本実施形態では、第１面６ａは、ベース１８側を向く基板６０の下面であり、第２面６ｂは、カバー１９側を向く基板６０の上面である。なお第１面６ａ及び第２面６ｂは、上下逆でもよい。

図４に示すように、回路基板６の第１面６ａには、電子部品２５が実装されている。電子部品２５は、例えば、表面実装タイプの半導体部品である。電子部品２５は、通電されることで発熱する。本実施形態において、電子部品２５は、例えば、ＢＧＡ（Ball Grid Array）である。なお、電子部品２５は、ＢＧＡに限定されるものではなく、エリアアレイ型またはその他の半導体部品を含む種々の部品が適宜該当する。回路基板６の第１面６ａには、この電子部品２５以外にも複数の電子部品が取り付けられており、ここでは図示していないものもある。

以下、電子部品２５の取り付け構造について、図５および図６を参照して説明する。
図５は、この電子部品２５の取り付け構造の概略図である。図５では、説明を分かり易くするため、基板６０のみ後述する孔６１の中心で切断した断面として示す。また、図６は、図５の回路基板６をカバー１９側から見た部分拡大平面図である。図６では、回路基板６やその第１面６ａ側に取り付けた電子部品２５を破線で示してある。また、図５および図６では、回路基板６の第１面６ａに取り付けた電子部品２５だけを図示してあるが、回路基板６の第１面６ａには、この他に多数の図示しない電子部品が実装されている。

本実施形態において、回路基板６は、図５に示すように、基板６０の第２面６ｂをカバー１９の内面１９ｂ（すなわち、キーボード取付部２１の裏面）に接触させた状態で取り付けられている。すなわち、回路基板６は、図４に示すように、カバー１９の内面１９ｂに締結固定される。

図５に示すように、電子部品２５は、パッケージ３１と、複数のバンプ３２と、を有する。パッケージ３１は、基板３１ａと、この基板３１ａに搭載された半導体チップ３１ｂと、を含む。パッケージ３１は、部品を外部環境から保護するケースであり、部品を完全に覆うものに限られず、部品の一部が外部に露出されているものでもよい。

パッケージ３１は、例えば矩形の扁平な箱状に形成され、その基板３１ａは、４つの角部と、４つの辺部と、を有する。また、パッケージ３１の基板３１ａは、回路基板６の第１面６ａに向かい合う矩形の裏面３１ｃを有する。

このパッケージ３１の裏面３１ｃには、複数のバンプ３２がマトリックス状に整列配置されている。また、この裏面３１ｃの略中央位置には、２つの電子部品２６、２７（他の部品）が取り付けられている。ここでは２つの電子部品２６、２７を例示したが裏面３１ｃに取り付ける電子部品の個数は３つ以上でも良い。複数のバンプ３２は、これら２つの電子部品２６、２７が取り付けられたエリアを除く裏面３１ｃの全体に整列して設けられている。このように、パッケージ３１の裏面３１ｃに電子部品２６、２７を取り付けることにより、電子部品２６、２７の配線長を短くできる。

基板３１ａの裏面３１ｃには、複数のバンプ３２を電気的に接続するための図示しない複数のパッドが設けられている。本実施形態では、複数のバンプ３２は、半田ボールであり、そのレイアウトを図６に破線で示す。複数のバンプ３２は、電子部品２５を基板６０に接続するための接続端子の一例である。なお、複数のバンプ３２にそれぞれ対向する基板６０の第１面６ａにも、複数の図示しないパッドがマトリックス状に設けられている。

複数のバンプ３２は、後述するリフロー工程で溶融されて、基板６０側の複数のパッドにそれぞれ半田固定され、パッケージ３１の基板３１ａと回路基板６の第１面６ａを電気的に接続する。これにより、電子部品２５は、回路基板６の第１面６ａに表面実装される。

基板６０は、電子部品２５が重なる位置に基板６０を貫通した矩形の孔６１を有する。この孔６１は、パッケージ３１の基板３１ａの裏面３１ｃに取り付けられた電子部品２６、２７を収容配置する。このように、基板６０の孔６１内に電子部品２５の裏面３１ｃに取り付けた他の部品を配置することで、回路基板６の積層方向の高さを低くすることができ、且つ部品レイアウトの自由度を高めることができる。

特に、本実施形態の回路基板６のように、片面実装タイプの基板を用いることで、回路基板６の全体として厚さを薄くできる。言い換えると、回路基板６の薄型化のため、片面実装タイプの回路基板６を採用し、且つ基板６０に他の電子部品２６、２７を配置するための孔６１を設けてある。さらに、本実施形態では、上述したように、回路基板６の第２面６ｂをカバー１９の内面１９ｂに接触させて配置したため、回路基板６を筐体１４に貼り付けた構造全体として、その厚さを薄くできる。

孔６１の位置は、図示のように必ずしも電子部品２５の中心にする必要はなく、電子部品２５が重なる位置であれば良い。言い換えると、孔６１の位置は、パッケージ３１の裏面３１ｃに取り付けた２つの電子部品２６、２７の位置に応じて決められる。また、孔６１の形状も、電子部品２６、２７の数や大きさに応じて決まる。

しかし、回路基板６にこのような孔６１を設けると、その部位の基板６０の剛性が低くなって変形し易くなり、外部から力が加えられた場合、その応力が孔６１の近くに集中し易くなる。特に、バンプ３２を用いた表面実装タイプの電子部品２５においては、このような応力が作用した場合、孔６１の周りに配置した最も内側のバンプ３２に応力が集中して、この部分で接続破壊を生じる可能性が高くなる。

よって、本実施形態では、基板６０の第２面６ｂ側で孔６１に対向する位置に、カバー１９の肉厚を部分的に厚くした肉厚部分を設けた。この肉厚部分は、例えば、カバー１９の内面１９ｂから一体に突設した凸部２０である。第１の実施形態の凸部２０は、矩形ブロック状である。なお、凸部２０は、基板６０の孔６１より僅かにサイズが小さくても良く、カバー１９とは別体に取り付けても良い。いずれにしても、凸部２０は、その凸部２０を設けたカバー１９の部位が他の部位より剛性が高くなれば良い。これにより、カバー１９が変形する程度の応力が作用してカバー１９が撓んだ場合、凸部２０の近くの部位の変形の度合いが他の部位より小さくなる。

なお、本実施形態では、凸部２０は、基板６０の孔６１に全体が挿入されているが、凸部２０の少なくとも一部が孔６１内に収容配置されれば良い。しかし、図示のように、凸部２０を孔６１内に配置して基板６０の第２面６ｂをカバー１９の内面１９ｂに密着させることにより、筐体１４と回路基板６の積層体の厚さを最も薄くできる。

以上のように、カバー１９の内面１９ｂから突設した凸部２０を基板６０の孔６１内に収容配置することで、パッケージ３１の裏面３１ｃに設けた複数のバンプ３２のうち、特に、基板６０の孔６１に最も近い複数のバンプ３２の接続信頼性を高めることができる。つまり、上述したように、凸部２０を有するカバー１９の部位は他の部位より剛性が高く、この部位に近接するバンプ３２に作用する応力を少なくできる。

接続破壊を生じる可能性が高いバンプ３２は、パッケージ３１の基板３１ａのエッジ（角部や辺部）や回路基板６側の孔６１のエッジに最も近いバンプ３２であり、本実施形態の場合、基板３１ａの外側のエッジに最も近い外側のバンプと基板６０の孔６１に最も近い内側のバンプである。外側のバンプ３２は、基板６０の第２面６ｂをカバー１９の内面１９ｂに密着させて接着することで、接続信頼性を高めることができる。本実施形態では、特に、接続破壊を生じ易い内側のバンプ３２の近くに配置されるカバー１９の部位に肉厚部分（凸部２０）を設けることで、接続信頼性を高めるようにした。

以上のように、本実施形態によると、電子部品２５の裏面３１ｃに設けた部品２６、２７を逃がすための孔６１を基板６０に設けることで部品レイアウトの自由度を高めた上で、孔６１の近くで基板６０が変形してしまう不具合を防止でき、接続端子としてバンプ３２を用いた表面実装タイプの電子部品２５を実装した回路基板６であっても、接続の信頼性が低下することがない。

次に、上述した回路基板６の取り付け方法について、図７および図８を参照して説明する。まず、図７を用いて回路基板６の製造方法を説明し、図８を用いてこの回路基板６の取り付け方法について説明する。

図７（ａ）に示すように、まず、孔６１を開けた基板６０を用意する。この孔６１は、基板６０の第１面６ａに実装する電子部品２５に重なる位置にある。次に、図７（ｂ）に示すように、基板６０の第１面６ａに、半田による複数のパッド６２を印刷する。これら複数のパッド６２は、電子部品２５の複数のバンプ３２にそれぞれ対応する。さらに、図７（ｃ）に示すように、第１面６ａの複数のパッド６２に複数のバンプ３２が対向する姿勢で電子部品２５を第１面６ａに載置し、図７（ｄ）に示すように、リフロー工程によって複数のバンプ３２を溶融して電子部品２５を基板６０の第１面６ａに固定する。

これにより、電子部品２５の裏面３１ｃに取り付けた部品２６、２７が基板６０の孔６１内に収容配置されて、電子部品２５が基板６０の第１面６ａに実装され、回路基板６が完成する。

さらに、図８（ａ）に示すように、カバー１９の内面１９ｂに接着部材４２を設ける。この接着部材４２は、例えば、絶縁性の接着剤や接着シートであり、本実施形態では、電子部品２５が重なる部位に設けた。接着部材４２は、本実施形態のように必ずしも電子部品２５に重なる位置に設ける必要はなく、回路基板６の第２面６ｂが重なる部位に少なくとも部分的に設ければ良い。しかし、電子部品２５に重なる位置に接着部材４２を設けることで、孔６１の近くで基板６０の剛性をより高めることができ、電子部品２５の接続信頼性をより高めることができる。

次に、図８（ｂ）に示すように、図７で説明した回路基板６をカバー１９の内面１９ｂに貼り合わせる。このとき、カバー１９の内面１９ｂから突設した凸部２０に基板６０の孔６１を嵌め込んで回路基板６をカバー１９の内面１９ｂに沿って面方向に位置決めする。つまり、このとき、凸部２０は、回路基板６の面方向の位置決め部材として機能する。

カバー１９の内面１９ｂに回路基板６の第２面６ｂを貼り合わせると、図８（ｃ）に示すように、カバー１９の内面１９ｂから突設した凸部２０の上端面と、電子部品２５の基板３１ａの裏面３１ｃに設けた部品２６、２７と、の間には、僅かな隙間（ギャップＧ）が形成される。この隙間Ｇは、回路基板６のカバー１９に対する取り付け時、または回路基板６をカバー１９に取り付けた図６（ｃ）の状態で、外部から衝撃が加えられた際に、部品２６、２７が凸部２０に干渉しないように設けられている。

以上のように、回路基板６をカバー１９の内面１９ｂに取り付けることにより、電子部品２５の裏面３１ｃに取り付けた部品２６、２７を逃がす孔６１を基板６０に設けた回路基板６であっても、この孔６１の部位を凸部２０の肉厚によって補強することができ、且つ筐体１４（カバー１９）の厚さ方向に沿った電子機器１０のサイズを薄くできる。

これに対し、例えば、図９に示す変形例のように、隙間Ｇを埋める絶縁性の緩衝部材４４を配置しても良い。つまり、この場合、回路基板６をカバー１９の内面１９ｂに貼り合わせる前に、凸部２０’の上端面に緩衝部材４４を設けて、凸部２０’とともに基板６０の孔６１内に挿入する。このように、部品２６、２７と凸部２０’との間の隙間Ｇに緩衝部材４４を配置することで、
部品２６、２７と凸部２０’の接触による機械的破壊や電気的絶縁破壊を防止することを保証できる。部品構成や部品寸法公差仕様によっては、緩衝部材４４を配置することで、緩衝部材４４の厚さを考慮しても、凸部２０’の突出高さを高くすることができ、その分、凸部２０’の部位でカバー１９の剛性をより高めることができる場合もある。

次に、図１０乃至図１５を参照して、凸部２０の他の実施形態について説明する。凸部の構造は、カバー１９の剛性を部分的に高めることのできる構造であればいかなるものであっても良く、以下に説明する実施形態に限定されるものではない。

図１０および図１１に示すように、第２の実施形態の凸部５２は、カバー１９の内面から一体に突設した円柱形状を有する。凸部５２の形状は、基板６０の孔６１の形状に合わせて決まる。言い換えると、凸部５２の形状は、電子部品２５の基板３１ａの裏面３１ｃに取り付ける部品２６、２７のサイズや個数に応じて決められる。凸部５２は、本実施形態のような円柱形状に限らず、例えば、多角形柱状であってもよい。

図１２および図１３に示すように、第３の実施形態の凸部５４は、複数の部分（本実施形態では３本のリブ）に分割されたリブ構造を有している。このように、凸部は、複数の部分に分割されていても良く、少なくとも一部が基板６０の孔６１内に配置される構造であれば良い。つまり、凸部の形状は、必ずしもリブ状でなくとも良い。

図１４および図１５に示すように、第４の実施形態の凸部５６は、同心円状に配置された２つの環状突起から構成されている。この凸部５６も、複数のリブからなるリブ構造体と言える。

以上述べた少なくともひとつの実施形態の電子機器によれば、ＢＧＡなどの電子部品２５の基板３１ａの裏面３１ｃに取り付けた部品２６、２７を逃がす基板６０の孔６１に近接して、カバー１９の肉厚を厚くした部分（凸部２０）を配置したため、電子部品の基板に対する接続信頼性を高めることができる。

以上のように、上述した複数の実施形態によると、いずれの場合においてもカバー１９の肉厚を部分的に厚くすることができ、回路基板６の基板６０の孔６１の近くの剛性を高めることができる。これにより、電子部品２５の比較的接続破壊を生じ易い内側のバンプ３２の接続信頼性を高めることができる。

いくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

６…回路基板、６ａ…第１面、６ｂ…第２面、１０…電子機器、１１…第１ユニット、１４…第１筐体、１８…ベース、１９…カバー、１９ｂ…内面、２０…凸部、２５…電子部品、２６、２７…電子部品、３１…パッケージ、３１ａ…基板、３１ｃ…裏面、３２…バンプ、６０…基板、６１…孔。

Claims (10)

1. 厚さを部分的に増した肉厚部分を有する筐体と、
   裏面に他の部品を取り付けた電子部品と、
   貫通した孔を有するとともに、上記他の部品が上記孔に入る姿勢で上記電子部品を取り付けた表面、および上記肉厚部分に上記孔が少なくとも部分的に重なるように上記筐体の内面に対向した裏面を有する基板と、
   を有する電子機器。
2. 上記肉厚部分は、上記筐体の内面から突設された凸部であり、この凸部は少なくとも部分的に上記基板の孔に挿通される、
   請求項１の電子機器。
3. 上記基板の裏面は、接着部材を介して、上記筐体の内面に接着される、
   請求項２の電子機器。
4. 上記接着部材は、上記電子部品が重なる位置に設けられる、
   請求項３の電子機器。
5. 上記凸部は、上記筐体の内面から一体に突設されている、
   請求項２の電子機器。
6. 上記凸部は、上記筐体の内面から一体に突設されたリブ構造体である、
   請求項２の電子機器。
7. 上記凸部の先端と上記他の部品との間には隙間がある、
   請求項３の電子機器。
8. 上記隙間には、緩衝部材が配置されている、
   請求項７の電子機器。
9. 貫通した孔を有する基板を用意し、
   裏面に他の部品を取り付けた電子部品を用意し、
   上記他の部品が上記孔に入る姿勢で上記電子部品を上記基板の表面に取り付け、
   厚さを部分的に増すように内面から突設した凸部を有する筐体を用意し、
   上記凸部の少なくとも一部が上記孔に入るように上記基板の裏面を上記筐体の内面に接着する、
   回路基板の取り付け方法。
10. 上記基板の裏面を上記筐体の内面に接着する際に、上記凸部を上記孔に嵌め合わせて上記基板を上記筐体に位置決めする、
    請求項９の取り付け方法。

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