JP2014172115A - Fixed abrasive grain wire, and method for production thereof - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、太陽電池、半導体シリコン、磁性体、サファイア、SiCなどの結晶系材料のスライス加工に用いる固定砥粒ワイヤに関する。 The present invention relates to a fixed abrasive wire used for slicing a crystalline material such as a solar cell, semiconductor silicon, a magnetic material, sapphire, and SiC.
シリコンインゴットなどをスライス加工する際に使用される固定砥粒ワイヤには、砥粒がレジンボンドで固着されたレジンワイヤと、砥粒が電着で固着された電着ワイヤとがある。レジンワイヤは、切断面の面粗さなどが良好であり、加工精度が優れている反面、電着ワイヤに比べると、加工能率が劣るという問題がある。一方、電着ワイヤは、レジンワイヤに比べ、加工能率は高いが、切断面の面粗さが悪く、また、製造に長時間を要し、コストが高いという問題がある。 Fixed abrasive wires used when slicing a silicon ingot or the like include a resin wire in which abrasive grains are fixed by a resin bond and an electrodeposition wire in which abrasive grains are fixed by electrodeposition. The resin wire has a good surface roughness and the like, and has a high processing accuracy, but has a problem that the processing efficiency is inferior to that of an electrodeposited wire. On the other hand, the electrodeposition wire has higher processing efficiency than the resin wire, but has a problem that the surface roughness of the cut surface is poor, and it takes a long time to manufacture and the cost is high.
このような問題を解決するものとして、例えば、特許文献1〜3に記載された固定砥粒ワイヤがある。これらの固定砥粒ワイヤは、Ni,Cuなどの金属やTiC,SiCなどの炭化物を表面全体に被覆した砥粒を電着によってワイヤ外周面に固定することにより、その製造速度を高めたものである。 As what solves such a problem, there exists a fixed abrasive wire described in patent documents 1-3, for example. These fixed-abrasive wires increase the production speed by fixing abrasive grains, which are coated on the entire surface with metals such as Ni and Cu, and carbides such as TiC and SiC, to the outer surface of the wire by electrodeposition. is there.
一方、本出願人は、少なくとも表面が導電性を有するワイヤと、表面の一部に形成された導電性の被覆層の一部がワイヤの外周面に密着した状態で電着層によって仮固着された超砥粒と、超砥粒をワイヤの外周面に固着するためワイヤの外周面の電着層及び超砥粒の被覆層を被覆する合成樹脂層と、を備えた固定砥粒ワイヤを提案している(例えば、特許文献4参照)。 On the other hand, the applicant of the present invention temporarily attached the electrode having a conductive wire at least on the surface and an electrodeposition layer in a state where a part of the conductive coating layer formed on a part of the surface is in close contact with the outer peripheral surface of the wire. Proposed fixed abrasive wire with a superabrasive grain and a synthetic resin layer covering the outer electrode electrodeposition layer and the superabrasive coating layer to fix the superabrasive grain to the outer periphery of the wire (For example, refer to Patent Document 4).
特許文献1〜3に記載された固定砥粒ワイヤは、砥粒の表面全体に渡って形成された被覆層の上に電着金属層を形成して製造されるので、電着金属層から露出した砥粒表面の被覆層に他の砥粒が付着し、ワイヤの長さ方向あるいは径方向に砥粒の凝集が生じ、最終製品である固定砥粒ワイヤの外径や砥粒の先端高さのバラツキが大きくなる傾向がある。
Since the fixed abrasive wire described in
砥粒の凝集部分が多くなると、芯線であるワイヤの捩れ強さが低下し、固定砥粒ワイヤの断線が発生し易くなる。また、砥粒の表層に電着層があるため、被削材に切り込み難く、加工能率が低い。このため、被削材であるシリコンウエハにソリが生じたり、厚みのバラツキが大きくなったりするだけでなく、切断面の面粗さも悪くなり、加工精度が低下するという問題もある。また、砥粒先端の電着層が被削材に接触し、ウェハなどの被削材を金属汚染させてしまうことがある。 When the agglomerated portion of the abrasive grains increases, the torsional strength of the wire that is the core wire decreases, and the breakage of the fixed abrasive wire is likely to occur. Moreover, since there is an electrodeposition layer on the surface layer of the abrasive grains, it is difficult to cut into the work material and the processing efficiency is low. For this reason, there is a problem that not only the silicon wafer, which is a work material, is warped and the thickness variation is increased, but also the surface roughness of the cut surface is deteriorated and the processing accuracy is lowered. In addition, the electrodeposition layer at the tip of the abrasive grains may come into contact with the work material, and the work material such as a wafer may be contaminated with metal.
そこで、被削材への切り込みを良くするため、砥粒表面の被覆層及び電着層を除去しようとすれば、これらの除去作業に多大な手間と時間を要し、コスト上昇を招いてしまう。 Therefore, if the coating layer and the electrodeposition layer on the surface of the abrasive grains are to be removed in order to improve the cutting into the work material, the removal work requires a lot of labor and time, leading to an increase in cost. .
また、特許文献3記載の固定砥粒ワイヤについては、砥粒の表面に被覆層が形成されたまま電着金属層に固着されるため、後工程にて、電着金属層から露出した砥粒表面の被覆層を除去する作業が必要であり、この除去作業に多大な時間を要する。また、電着金属層から露出した砥粒表面の被覆層に他の砥粒が付着して砥粒の凝集が生じる。 Moreover, since the fixed abrasive wire described in Patent Document 3 is fixed to the electrodeposited metal layer with the coating layer formed on the surface of the abrasive grain, the abrasive grains exposed from the electrodeposited metal layer in a later step An operation for removing the coating layer on the surface is necessary, and this removal operation requires a lot of time. In addition, other abrasive grains adhere to the coating layer on the surface of the abrasive grains exposed from the electrodeposited metal layer, resulting in aggregation of the abrasive grains.
一方、特許文献4記載の固定砥粒ワイヤは、スライス加工中の断線の発生が少ない点において優れているが、被加工物の種類によっては切れ味が不足する面がある。
On the other hand, the fixed abrasive wire described in
本発明が解決しようとする課題は、切削加工の初期段階から切れ味が良好で、加工能率及び加工精度にも優れた固定砥粒ワイヤを提供することにある。 The problem to be solved by the present invention is to provide a fixed abrasive wire that has good sharpness from the initial stage of cutting and is excellent in processing efficiency and processing accuracy.
本発明の固定砥粒ワイヤは、少なくとも表面が導電性を有する柔軟なワイヤと、表面の一部に形成された導電性の被覆層の一部が前記ワイヤの外周面に密着した状態で第一電着層によって仮固着された超砥粒と、前記超砥粒を前記ワイヤの外周面に固着するため前記ワイヤの外周面の第一電着層及び前記超砥粒の被覆層を被覆する第二電着層と、を備えたことを特徴とする。 The fixed-abrasive wire of the present invention includes a flexible wire having at least a surface having conductivity and a part of a conductive coating layer formed on a part of the surface in contact with the outer peripheral surface of the wire. A superabrasive grain temporarily fixed by an electrodeposition layer, and a first electrodeposition layer on the outer peripheral surface of the wire and a coating layer of the superabrasive grain for fixing the superabrasive grain to the outer peripheral surface of the wire. And a second electrodeposition layer.
このような構成とすれば、ワイヤの外周面に固着された超砥粒は、被覆層のある部分がワイヤ外周面に密着し、被加工物と接触する先端部には被覆層が無く、当該超砥粒を構成する物質が露出した状態となるため、切れ味が良好となり、優れた加工精度が得られる。また、構成物質が露出状態にある超砥粒は、加工中、被加工物に直接食い込むので、切削加工の初期段階から切れ味が良く、加工能率も良好となる。なお、超砥粒とは、ダイヤモンド、cBNなどの硬質粒状体をいう。また、前記超砥粒の被覆層はNi,Cu,TiC,SiCなどで形成することが望ましい。 With such a configuration, the superabrasive grains fixed to the outer peripheral surface of the wire have a portion where the coating layer is in close contact with the outer peripheral surface of the wire, and there is no coating layer at the tip portion in contact with the workpiece. Since the substance constituting the superabrasive grains is exposed, the sharpness is improved and excellent processing accuracy is obtained. In addition, since the superabrasive grains in which the constituent materials are exposed directly bite into the workpiece during processing, the sharpness is good from the initial stage of cutting and the processing efficiency is also good. Superabrasive grains refer to hard granular materials such as diamond and cBN. The superabrasive coating layer is preferably formed of Ni, Cu, TiC, SiC, or the like.
ここで、前記被覆層を前記超砥粒の特定結晶面に形成すれば、当該被覆層がワイヤの外周面に密着して固着されることにより、超砥粒の結晶方位を揃えることができるため、超砥粒の摩耗速度の均一化を図ることができる。また、超砥粒の摩耗に起因する切れ味の低下率が緩和されるので、工具寿命も延び、コスト削減に有効である。この場合、超砥粒の特定結晶面である100面若しくは111面に被覆層を形成させることが望ましいが、100面若しくは111面を中心に隣り合う結晶面に被覆層が形成されても支障はない。 Here, if the coating layer is formed on the specific crystal surface of the superabrasive grains, the crystal orientation of the superabrasive grains can be aligned because the coating layer is adhered and fixed to the outer peripheral surface of the wire. The wear rate of the superabrasive grains can be made uniform. In addition, since the sharpness reduction rate due to the wear of the superabrasive grains is alleviated, the tool life is extended, which is effective for cost reduction. In this case, it is desirable to form a coating layer on the 100 or 111 plane which is the specific crystal plane of the superabrasive grain, but there is no problem even if a coating layer is formed on the crystal plane adjacent to the 100 or 111 plane. Absent.
一方、前記超砥粒の表面積の20%〜80%の領域に前記被覆層を形成することが望ましい。このような構成とすれば、超砥粒の表面積の20%〜80%の領域に電着層が形成されることにより、残余の80%〜20%の領域は超砥粒の構成物質が露出した状態となるため、切れ味が良好となり、優れた加工能率及び加工精度を発揮する。 On the other hand, it is desirable to form the coating layer in a region of 20% to 80% of the surface area of the superabrasive grains. With such a configuration, the electrodeposited layer is formed in the region of 20% to 80% of the surface area of the superabrasive grains, so that the constituent material of the superabrasive grains is exposed in the remaining 80% to 20% regions. Therefore, the sharpness is improved, and excellent processing efficiency and processing accuracy are exhibited.
なお、前記被覆層の領域が20%未満の場合の場合は超砥粒の第二電着層への固着力が不足し、加工中に砥粒脱落が生じ、また、80%を超えると超砥粒の被覆層が第二電着層から露出し、超砥粒が凝集したり、被覆層が付着した超砥粒が被削材(ウェハなど)に接触したりして、切れ味の不良や金属汚染を招来するため、前記範囲が好適である。 When the area of the coating layer is less than 20%, the adhesive force of the superabrasive grains to the second electrodeposition layer is insufficient, and the abrasive grains fall off during the processing. The abrasive coating layer is exposed from the second electrodeposition layer, the superabrasive grains agglomerate, or the superabrasive grains to which the coating layer adheres come into contact with the work material (wafer, etc.) The above range is preferable because it causes metal contamination.
また、前記被覆層の厚みを2μm〜20μmの範囲内とすれば、第二電着層への強い固着力が得られ、砥粒固着後の線径の均一化を図ることができる。なお、被覆層の厚みが2μm未満であると、第一電着層への固着力が弱くなり、切削加工中の超砥粒の脱落が生じることがあり、20μmを超えると第二電着層のメッキ成長が促進され超砥粒が第二電着層中に埋没したり、固定砥粒ワイヤの線径が太くなったりするので、前記範囲が好適である。 Moreover, if the thickness of the coating layer is in the range of 2 μm to 20 μm, a strong fixing force to the second electrodeposition layer can be obtained, and the wire diameter after fixing the abrasive grains can be made uniform. In addition, when the thickness of the coating layer is less than 2 μm, the adhesion to the first electrodeposition layer becomes weak, and superabrasive grains may fall off during cutting. When the thickness exceeds 20 μm, the second electrodeposition layer The above range is suitable because the growth of the plating is promoted and the superabrasive grains are buried in the second electrodeposited layer or the wire diameter of the fixed abrasive wire is increased.
次に、本発明の固定砥粒ワイヤ製造方法は、超砥粒の表面の一部に導電性の被覆層を形成する工程と、少なくとも表面が導電性を有する柔軟なワイヤの外周面に前記被覆層の一部が密着した状態で前記超砥粒を前記外周面に第一電着層で仮固着する工程と、前記ワイヤの外周面の電着層及び前記超砥粒の被覆層を第二電着層で被覆する工程と、を備えたことを特徴とする。 Next, the method for producing a fixed abrasive wire according to the present invention includes a step of forming a conductive coating layer on a part of the surface of the superabrasive grain, and the outer peripheral surface of a flexible wire having at least a surface conductivity. A step of temporarily adhering the superabrasive grains to the outer peripheral surface with a first electrodeposition layer in a state in which a part of the layer is in close contact; and an electrodeposition layer on the outer peripheral surface of the wire and a coating layer of the superabrasive grains And a step of coating with an electrodeposition layer.
このような構成とすれば、超砥粒の被覆層で覆われた部分が内側(ワイヤ軸心側)を向いた姿勢でワイヤ外周面に電着層で固着され、被覆層で覆われていない部分が外側へ露出した形状の固定砥粒ワイヤが形成される。これにより、切削加工中、超砥粒の露出部分が直接被加工物に接触して切削が行われるため、切削加工の初期段階から切れ味が良好で、加工能率及び加工精度も優れた固定砥粒ワイヤを得ることができる。 With this configuration, the portion covered with the superabrasive coating layer is fixed to the outer circumferential surface of the wire with the electrodeposition layer in a posture facing the inner side (wire axis side) and is not covered with the coating layer. A fixed abrasive wire having a portion exposed to the outside is formed. As a result, during the cutting process, the exposed portion of the superabrasive grains is directly contacted with the work piece and cutting is performed, so that the fixed abrasive grains have good sharpness from the initial stage of the cutting process, and have excellent processing efficiency and processing accuracy. A wire can be obtained.
本発明により、切削加工の初期段階から切れ味が良好であり、加工能率及び加工精度も優れた固定砥粒ワイヤを提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a fixed abrasive wire that has good sharpness from the initial stage of cutting and has excellent processing efficiency and processing accuracy.
以下、図面に基づいて本発明の実施形態について説明する。図1,図2に示すように、本実施形態の固定砥粒ワイヤ10は、柔軟性を有する金属製のワイヤ11と、表面の一部に形成された導電性の被覆層12の一部をワイヤ11の外周面に密着させた状態で第一電着層13によって仮固着された超砥粒の一つであるダイヤモンド砥粒14と、ダイヤモンド砥粒14をワイヤ11の外周面に固着するためワイヤ11の外周面の第一電着層13及びダイヤモンド砥粒14の被覆層12を被覆する第二電着層15と、を備えている。被覆層12はNiで構成され、第一電着層13及び第二電着層15はそれぞれNiメッキによって形成されている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. As shown in FIGS. 1 and 2, the fixed
図2に示すように、固定砥粒ワイヤ10においては、ワイヤ11の外周面に固着されたダイヤモンド砥粒14は、被加工物(図示せず)と接触する先端部14aにダイヤモンドが露出した状態となっているため、切削加工の初期段階から切れ味が良好であり、優れた加工能率及び加工精度が得られる。また、先端部14aが露出したダイヤモンド砥粒14は、加工中に、直接、被加工物に食い込むため、切れ味が良好であり、加工能率が向上する。さらに、ダイヤモンド砥粒14は第一電着層13及び第二電着層15によって固着されているため、加工中のワイヤ11の撓みが少なく、被加工物の厚み精度や切断面の面粗さなどが向上し、加工精度が顕著に改善される。
As shown in FIG. 2, in the fixed
また、図2に示すように、第一電着層13の表面13aは、ダイヤモンド砥粒14の被覆層12の上縁部12a(ワイヤ11に仮固着された部分から離れた部分に位置する被覆層12の端縁部分をいう。)より低い領域(ワイヤ11の外周面に近い領域)において被覆層12に接しており、第一電着層13の表面13aと被覆層12との境界部分を覆うように第二電着層15が形成されている。
Further, as shown in FIG. 2, the
さらに、第二電着層15の表面15aとダイヤモンド砥粒14との境界領域Xにおいては、第二電着層15の表面15aが、ダイヤモンド砥粒14の被膜層12の上縁部12aに向かって上り勾配の滑らかな凹曲面15bをなすとともに、この凹曲面15bの上縁部は、ダイヤモンド砥粒14の被膜層12の上縁部12aと一体化した状態となっている。この結果、上縁部12aにおいて第二電着層15が第一電着層13と一体化した状態が形成され、加工中に衝撃を受け難くなり、クラックや欠けに起因する砥粒脱落が生じ難いので、切れ味を持続することができる。
Further, in the boundary region X between the
なお、ダイヤモンド砥粒14の被覆層12はNiで構成されているが、これに限定しないので、Cu,TiC,SiCなどで形成することもできる。また、第一電着層13及び第二電着層15はそれぞれNiで形成しているが、これ以外に、例えば、Cu、Ni−Pなどで形成することもできる。
In addition, although the
また、被覆層12をダイヤモンド砥粒14の特定結晶面に形成すれば、当該被覆層12をワイヤ11の外周面に密着させて固着することにより、ダイヤモンド砥粒14の結晶方位を揃えることができるため、ダイヤモンド砥粒14の摩耗速度の均一化を図ることができ、且つ、ダイヤモンド砥粒14の摩耗に起因する切れ味の低下率を緩和することもできる。
Further, if the
一方、本実施形態では、ダイヤモンド砥粒14の表面積の50%の領域に被覆層12を形成したことにより、ダイヤモンド砥粒14は、その先端部14aを含め、表面積の50%の部分が露出した状態でワイヤ11の外周面に固着されるため、優れた加工能率及び加工精度が得られる。なお、被覆層12は、ダイヤモンド砥粒14の表面積の20%〜80%の範囲内で変更することができる。
On the other hand, in the present embodiment, by forming the
さらに、本実施形態では、第一電着層13の厚さを2μmとしたところ、被覆層12を有するダイヤモンド砥粒14と、ワイヤ11とのなじみがよく、強い固着力を得ることができた。なお、第一電着層13の厚さが1μm〜10μmの範囲内から外れると、ダイヤモンド砥粒14とワイヤ11との固着力が弱くなり、また、10μmを超えると、ワイヤ11の柔軟性が低下して、ねじれに弱くなり、使用中に断線しやすくなるので、前記範囲内が望ましい。
Furthermore, in this embodiment, when the thickness of the
次に、図3に基づいて、固定砥粒ワイヤ10の製造工程について説明する。図3(a)に示すように、ダイヤモンド砥粒14の表面の一部に導電性を有するNiの被覆層12が形成される。被覆層12の形成方法は限定しないので、電気メッキ法、CVD法、PVD法あるいは無電解めっき法などによって形成することができる。
Next, the manufacturing process of the fixed
一方、図3(b)に示すように、ワイヤ11の外周面に下地ニッケルメッキ16が施される。下地ニッケルメッキ16は、この後に行われるダイヤモンド砥粒14を付着させる工程の前処理となるものである。なお、下地ニッケルメッキ16を行う前に、ワイヤ11の外周面を清浄化するための脱脂処理と、下地ニッケルメッキ16が付着し易くするための活性化処理である塩酸処理と、が、この順番でワイヤ11の外周面に対して行われる。
On the other hand, as shown in FIG. 3B, a base nickel plating 16 is applied to the outer peripheral surface of the
下地ニッケルメッキ16が終わったら、図3(c)に示すように、ダイヤモンド砥粒14の被覆層12の一部がワイヤ11外周面の下地ニッケルメッキ16表面に密着した状態で第一電着層13によって仮固着される。この場合、ダイヤモンド砥粒14の被覆層12が導電性を有しているため、Niメッキ液中で被覆層12のみに電流が流れることにより、被覆層12が下地ニッケルメッキ16面に付着し、その状態で、ダイヤモンド砥粒14が第一電着層13によって仮固着される。なお、複数のダイヤモンド砥粒14の離間調節は、メッキ工程において電流及び電圧を変化させることによって行う。
When the base nickel plating 16 is finished, as shown in FIG. 3C, the first electrodeposition layer is formed in a state in which a part of the
ワイヤ11の外周面に対するダイヤモンド砥粒14の仮固着が終わったら、図3(d)に示すように、ワイヤ11外周面の第一電着層13及びダイヤモンド砥粒14の被覆層12を覆うように第二電着層15を形成することによって、ダイヤモンド砥粒14がワイヤ11外周面に固着され、固定砥粒ワイヤ10が完成する。
When the temporary fixing of the diamond
次に、図4〜図7に基づいて、本実施形態に係る固定砥粒ワイヤ10と従来の固定砥粒ワイヤとの切断性能の違いについて説明する。本実施形態に係る固定砥粒ワイヤ10(以下、「実施例」という。)は、ダイヤモンド砥粒14の粒径がM12/25、ワイヤ11の外径がφ120μm、固定砥粒ワイヤ10の外径がφ150μm、砥粒密度が100〜150個/mmであり、各ダイヤモンド砥粒14の先端部14aが第二電着層15表面から6μm〜23μm程度突出している。
Next, based on FIGS. 4-7, the difference in the cutting performance of the fixed
また、従来の固定砥粒ワイヤとして、特開2006−181698号公報に記載された固定砥粒ワイヤ(以下、「比較例」という。)を使用した。 Moreover, the fixed abrasive wire (henceforth a "comparative example") described in Unexamined-Japanese-Patent No. 2006-181698 was used as a conventional fixed abrasive wire.
実施例、比較例の固定砥粒ワイヤについて図4に示すような条件で切断実験を行い、実験前と実験後における各固定砥粒ワイヤの外径を測定すると、図5に示すような結果が得られた。切断実験前の固定砥粒ワイヤの外径はいずれもφ150μmであるが、切断実験後においては、実施例の外径がφ148μmであるのに対し、比較例の外径はφ144μmである。図5を見ると、比較例の固定砥粒ワイヤに比べ、実施例の固定砥粒ワイヤ10の方が摩耗し難いことが判る。
When cutting experiments were performed on the fixed abrasive wires of Examples and Comparative Examples under the conditions shown in FIG. 4 and the outer diameters of the fixed abrasive wires before and after the experiment were measured, the results shown in FIG. 5 were obtained. Obtained. The outer diameter of the fixed abrasive wire before the cutting experiment is φ150 μm, but after the cutting experiment, the outer diameter of the example is φ148 μm, whereas the outer diameter of the comparative example is φ144 μm. When FIG. 5 is seen, it turns out that the direction of the fixed
次に、切断実験に供された単結晶シリコンから切り出されたシリコンウエハの表面(切断面)の表面粗さRa及びシリコンウエハの厚みのバラツキを測定すると、図6及び図7に示すような結果が得られた。図6を見ると、比較例に比べ、実施例の固定砥粒ワイヤ10で切断したときの表面粗さが細かいことが判る。また、図7を見ると、比較例に比べ、実施例の固定砥粒ワイヤ10で切断したシリコンウエハの厚みのバラツキが小さいことが判る。
Next, when the surface roughness Ra of the surface (cut surface) of the silicon wafer cut from the single crystal silicon subjected to the cutting experiment and the variation in the thickness of the silicon wafer are measured, the results shown in FIGS. 6 and 7 are obtained. was gotten. When FIG. 6 is seen, it turns out that the surface roughness when cut | disconnected with the fixed
また、実施例の固定砥粒ワイヤ10は、初期段階から切れ味が良好であり、加工精度、工具寿命が比較例に対し顕著に向上するということが判明した。これに対し、比較例の固定砥粒ワイヤは、初期段階の切れ味が悪く、加工精度も劣っているので、切れ味を維持するためには、多くの固定砥粒ワイヤを使用することが必要となり、工具コストの増大が生じた。
Moreover, it became clear that the fixed
本発明の固定砥粒ワイヤは、太陽電池、半導体シリコン、磁性体、サファイア、SiCなどの結晶系材料のスライス加工において広く利用することができる。 The fixed abrasive wire of the present invention can be widely used in slicing of crystalline materials such as solar cells, semiconductor silicon, magnetic materials, sapphire, and SiC.
10 固定砥粒ワイヤ
11 ワイヤ
12 被覆層
12a 上縁部
13 第一電着層
13a,15a 表面
14 ダイヤモンド砥粒
14a 先端部
15 第二電着層
15b 凹曲面
16 下地ニッケルメッキ
X 境界領域
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