JP2018073903A - 電子部品及びその製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】特性に優れる電子部品を提供する。
【解決手段】導体の巻回体であるコイルと、樹脂と磁性粉末を含む封止材から形成され、該コイルを内包する成形体とを備える電子部品であって、該コイルは、熱硬化性組成物の硬化物で被覆された被覆体として該成形体内に埋設されている電子部品である。
【選択図】図1

Description

本発明は、電子部品及びその製造方法に関する。
従来の電子部品には、特許文献1に記載される様に、導電体の表面を絶縁体で被覆した導線を巻回してコイルを形成し、このコイルを樹脂と磁性粉末を含む封止材内に埋設、加圧成形することにより成形体を形成し、コイルの両端部を成形体の表面に形成された外部端子に接続したインダクタがある。
特開2010−245473号公報
この様な従来の電子部品は、成形体を形成する際に加える圧力を高くすればするほど、磁性粉末の充填率を高くできるため、特性を良くすることができる。しかしながら、従来の電子部品では、成形体を形成する際に加える圧力を高くした場合、その圧力によって、成形体を構成する磁性粉末がコイルを構成する導線の表面の絶縁体に突き刺さり、導線間でショートが発生する恐れがあるという問題があった。
この様な問題を解決するために、導電体の表面の絶縁体の厚みを厚くすると、絶縁体の厚みを厚くした分、成形体における磁性粉末が存在する領域の体積が減少し、十分な特性が得られ難くなるという問題があった。
本発明は、成形体における磁性粉末が存在する領域の体積を減少させることなく、磁性粉末の充填率を高め、特性を改善することができる電子部品及びその製造方法を提供することを目的とする。
本発明は、導体の巻回体であるコイルと、樹脂と磁性粉末を含む封止材から形成され、該コイルを内包する成形体とを備える電子部品であって、該コイルは、熱硬化性組成物の硬化物で被覆された被覆体として該成形体内に埋設されている電子部品である。
また、本発明は、導体の巻回体であるコイルと、樹脂と磁性粉末を含む封止材から形成され、該コイルを内包する成形体とを備える電子部品の製造方法であって、導体を巻回してコイルを形成する工程、該コイルに熱硬化性組成物を塗布し、熱処理して被覆体を形成する工程及び、該被覆体を、樹脂と磁性材料を含む封止材中に埋設し、加圧して成形体を形成する工程を備える製造方法である。
本発明は、導体を巻回して形成したコイルと、樹脂と磁性粉末を含む封止材を用いて形成され、コイルを内包する成形体を備える電子部品であって、コイルの表面が熱硬化性組成物の硬化物で被覆された状態で、成形体内に埋設されるので、成形体における磁性粉末が存在する領域の体積を減少させることなく、磁性粉末の充填率を高め、特性を改善することができる。
また、本発明は、導体を巻回して形成したコイルと、樹脂と磁性粉末を含む封止材を用いて形成され、コイルを内包する成形体を備えた電子部品の製造方法であって、導体を巻回してコイルを形成する工程、コイルの表面に熱硬化性組成物を塗布し、熱処理して被覆体を形成する工程及び、被覆体を樹脂と磁性材料を含む封止材中に埋設し、加圧して成形体を形成する工程を備えるので、成形体における磁性粉末が存在する領域の体積を減少させることなく、磁性粉末の充填率を高め、特性を改善することができる。
本発明の電子部品の実施例を示す斜視図である。 本発明の電子部品の製造方法の実施例を説明する斜視図である。
本明細書において「工程」との語は、独立した工程だけではなく、他の工程と明確に区別できない場合であってもその工程の所期の目的が達成されれば、本用語に含まれる。さらに組成物中の各成分の含有量は、組成物中に各成分に該当する物質が複数存在する場合、特に断らない限り、組成物中に存在する当該複数の物質の合計量を意味する。
本発明の電子部品は、導体を巻回して形成したコイルと、樹脂及び磁性粉末を含む封止材を用いて形成され、コイルを内包する成形体とを備える。コイルは、その表面が熱硬化性組成物の硬化物で被覆される。コイルの表面が熱硬化性組成物の硬化物で被覆された被覆体は、成形体内に埋設される。
また、本発明の電子部品の製造方法では、まず、導体を巻回してコイルが形成される。次に、このコイルの表面に熱硬化性組成物を塗布し、熱処理して被覆体を形成する。そして、この被覆体を樹脂及び磁性材料を含む封止材中に埋設し、加圧して成形体を形成する。加圧による成形体の形成は加温した状態で行ってもよい。
従って、本発明の電子部品及びその製造方法によれば、導体が巻回されて形成されたコイルの表面が熱硬化性組成物の硬化物で被覆されるので、導体に元々ある傷や、導体を巻回してコイルを形成する際に生じた傷を被覆することができ、耐電圧をより向上することができる。また、本発明の電子部品及びその製造方法によれば、コイルの表面が熱硬化性組成物の硬化物で被覆されるので、加圧して成形体を形成する際に、硬化物が軟化することがなく、樹脂及び磁性粉末を含む封止材とコイルの表面を被覆している硬化物間の摩擦抵抗が従来の製造方法による場合よりも低下して樹脂と磁性粉末を含む封止材の流動性が改善され、例えば、封止材の圧力によって成形体における磁性粉末が存在する領域の体積が増加して、及び/又は磁性粉末の充填密度が向上してインダクタンスがより上昇する。
(電子部品)
電子部品は、導体の巻回体であるコイルの熱硬化性組成物による硬化物の被覆体と、樹脂及び磁性粉末を含む封止材からなり、被覆体が埋設される成形体とを備える。
前記熱硬化性組成物は、それを熱処理して得られる硬化物が絶縁性物質であれば特に制限されない。熱硬化性組成物は、例えば、酸化物ゾル、ハイブリッドゾル及び熱硬化性樹脂からなる群から選択される少なくとも1種の熱硬化性化合物を含むことができる。熱硬化性組成物が特定の化合物であると、特性により優れる電子部品が得られる。また熱硬化性組成物は、水、アルコール等の液媒体を含んでいてもよい。
酸化物ゾルには、酸化アルミニウムゾル、酸化ケイ素ゾル、酸化チタンゾル、酸化ジルコニアゾル等の金属酸化物、金属水酸化物等を含むゾルが含まれ、酸化アルミニウムゾル及び酸化ケイ素ゾルの少なくとも一方を含むことが好ましい。酸化物ゾルには市販品を用いることができる。市販の酸化物ゾルとしては、例えば、川研ファインケミカル社製のCSA−110AD、有限会社デー・エス・ビー社製のX−500PA等を挙げることができる。
ハイブリッドゾルは、有機及び無機の複合化合物を含むゾルであり、例えば、ポリジメチルシロキサン(PDMS)系ゾル、テトラエチルオルトシリケート(TEOS)系ゾル等が含まれる。ハイブリッドゾルには市販品を用いることができる。
熱硬化性樹脂には、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、尿素樹脂、アルキド樹脂、ポリイミド樹脂等が含まれる。熱硬化性樹脂には、例えば、封止材に含まれる樹脂と同様の樹脂を用いることもできる。熱硬化性樹脂には市販品を用いることができる。市販の熱硬化性樹脂としては、例えば、ADEKA社製のEM0434AN等を挙げることができる。
熱硬化性組成物中の熱硬化性化合物の含有量は、コイルを被覆する硬化物が所望の厚みを有するように適宜調整すればよく、例えば、5重量%以上30重量%以下とすることができる。
熱硬化性組成物は、ナノセラミックス粒子を更に含んでいてもよい。熱硬化性組成物がナノセラミックス粒子を含むことで、硬化物のコイルへの接着性、硬化物の柔軟性、硬さ、機械的強度等をより容易に調整することができ、より良好な特性を達成することができる。ナノセラミックス粒子は、1μm未満の平均粒径を有する酸化物、炭化物、窒化物、ホウ化物等の無機化合物粒子である。ナノセラミックス粒子には、ナノアルミナ粒子、ナノシリカ粒子、ナノチタン粒子、ナノジルコニア粒子等が含まれる。ナノセラミックス粒子の平均粒径は、例えば1nm以上500nm以下、好ましくは1nm以上100nm以下であってもよい。
熱硬化性組成物中のナノセラミックス粒子の含有量は、コイルを被覆する硬化物が所望の特性を有するように適宜調整すればよく、例えば、0.15重量%以上15重量%以下とすることができる。
熱硬化性組成物は、必要に応じて、シランカップリング剤等の表面処理剤、界面活性剤、密着性促進剤、粘度調整剤、pH調整剤、滑剤、安定剤、着色剤(蛍光剤)、難燃剤等の添加剤を更に含んでいてもよい。これらの添加剤の種類及び含有量は目的等に応じて適宜選択すればよい。
コイルを被覆する熱硬化性組成物の硬化物の厚みは、例えば0.2μm以上10μm以下とすることができ、1μm以上又は2μm以上であってもよく、5μm以下又は3μm以下であってもよい。硬化物の厚みは、走査型電子顕微鏡(SEM)による断面観察において、極端に厚みが異なる部分を除いて任意に選択される5以上10以下の箇所において測定される厚みの算術平均値として求められる。硬化物の厚みが所定の範囲であると、例えばより良好な耐電圧が得られる。
コイルを形成する導体は、その表面が熱可塑性樹脂で被覆された被覆導体であってもよい。被覆導体を用いることで、より良好な耐電圧を達成できる。熱可塑性樹脂は、絶縁性を有していればよく、例えば、ポリエチレン樹脂、変性ポリエチレン樹脂、変性ポリオレフィン樹脂(変性ポリエチレン樹脂を除く)、ポリウレタン樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂及びポリアミドイミド樹脂からなる群から選択される少なくとも1種を含むことができる。特定の熱可塑性樹脂で被覆されることで、より良好な耐電圧を達成できる。熱可塑性樹脂は、水性樹脂エマルションの形態で用いられて導体を被覆してもよい。被覆導体は、銅等の導体を熱可塑性樹脂で被覆して製造して用いてもよく、市販品から適宜選択して用いてもよい。
成形体を形成する封止材は、樹脂及び磁性粉末を含む。樹脂としては、エポキシ樹脂、フェノール樹脂等の熱硬化性樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリアミド樹脂等の熱可塑性樹脂が挙げられる。磁性粉末としては、鉄系金属磁性粉末、フェライト系磁性粉末等が挙げられる。封止材は必要に応じて、ガラス粉末等を含んでいてもよい。
(電子部品の製造方法)
電子部品の製造方法は、導体を巻回してコイルを形成する工程と、コイルに熱硬化性組成物を塗布してから熱処理することで被覆体を形成する工程と、被覆体を樹脂及び磁性粉末を含む封止材中に埋設し、加圧して成形体を形成する工程とを備える。
コイルは導体を巻回して形成され、巻回し方式は、α巻き、ガラ巻、エッジワイズ巻、整列巻等のいずれであってもよい。
コイルに熱硬化性組成物を塗布してから熱処理することで、コイルの表面に皮膜が形成されて、被覆体が形成される。熱硬化性組成物の塗布は、例えばディップ塗布又はスプレー塗布で行われ、これらを組み合わせて行ってもよい。ディップ塗布又はスプレー塗布することで、所望の塗布量に容易に調整することができる。スプレー塗布は、1回の噴霧で行ってもよく、複数回の噴霧に分けて行ってもよい。また熱硬化性組成物が塗布されたコイルを熱処理することで、熱硬化性組成物に含まれる熱硬化性化合物の少なくとも一部が、例えば、架橋反応することで硬化物を含む皮膜を形成する。ここで熱処理によって形成される皮膜は、部分的に未硬化部分を含んでいてもよく、全体が硬化されていてもよい。皮膜の硬化状態は、例えば、示差熱分析、熱重量分析等の熱分析により推定できる。
熱硬化性組成物の塗布及び熱処理による皮膜形成は、必要に応じて複数回行ってもよい。皮膜形成を所望の回数で行うことで、より均一で所望の厚みを有する硬化物を形成することができ、耐電圧がより向上する。
熱硬化性組成物の塗布後であって熱処理前に、熱硬化性組成物に含まれる液媒体の少なくとも一部を除去する乾燥処理を行ってもよい。乾燥処理は熱処理とは独立して行ってもよく、連続して行ってもよい。乾燥処理は、常圧下及び減圧下のいずれで行ってもよく、熱を加えてもよい。乾燥処理の温度、時間等の処理条件は熱硬化性組成物の組成、塗布量等に応じて適宜選択すればよい。
熱硬化性組成物の塗布量は、所望の厚みを有する硬化物が得られるように適宜調整すればよい。また硬化物を形成する熱処理の温度、時間等の処理条件は熱硬化性組成物の組成、塗布量等に応じて適宜選択すればよい。例えば、コイルを形成する導体が熱可塑性樹脂で被覆されている場合、80℃以上250℃以下とすることができる。
コイルに熱硬化性組成物を塗布する前に、コイルの表面をアルコール、アセトン等の有機溶剤で洗浄してもよく、また、カップリング剤、密着性促進剤等の表面処理剤、若しくは、紫外線、酵素プラズマなどのラジカルを用いて表面処理してもよい。これにより硬化物のコイルへの密着性がより向上し、より良好な特性が得られる。
得られた被覆体は、樹脂と磁性粉末を含む封止材中に埋設され、加圧されて成形体が形成される。封止材の構成、成形体の形成条件等は当該技術分野で常用される構成、条件を適用することができる。
以下、本発明の電子部品及びその製造方法の実施例を図1及び図2を参照して説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
図1は本発明の電子部品の斜視図である。
図1において、11は導線、12はコイル、13は成形体である。
コイル12は、導線11をその両端部が外周に位置するように渦巻き状に2段の外外巻きに巻回した巻回部12Aと、巻回部12Aから引き出された引き出し端部12Bを備える空芯コイルとして形成される。導線11には、例えば断面が平角状の導電体11Aの表面を熱可塑性樹脂の被覆11Bで被覆したものが用いられるが、被覆されていない導体を用いてコイルを形成してもよい。熱可塑性樹脂の被覆11Bには、ポリエチレン樹脂、変性ポリエチレン樹脂、変性ポリオレフィン樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂等が用いられる。引き出し端部12Bは、導線の両端部が巻回部12Aから巻回部を挟んで対向する様に引き出される。そして、このコイル12の表面全体には、酸化物ゾル、ハイブリッドゾル、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂などの熱硬化性化合物を含む熱硬化性組成物を用いて硬化物の被膜14が形成される。
成形体13は、樹脂と磁性材料を含む封止材を用いて、表面に被膜14が形成されたコイル12である被覆体を内包する様に形成される。封止材としては、磁性材料として例えば鉄系の金属磁性粉末を、樹脂として例えばエポキシ樹脂をそれぞれ用い、これらを混合したものが用いられる。この成形体13の長さ方向(コイルの巻軸に直交する方向)の対向する側面には、コイル12の引き出し端部12Bの表面が露出する。側面に露出した引き出し端部12Bでは、皮膜14と被覆11Bとが除去されて導電体11Aが側面に露出する。
そして、この成形体13の長さ方向の対向する側面と、この側面に隣接する4つの面の一部に外部端子15が形成され、コイル12の引き出し端部12Bの導電体11Aと外部端子15とが接続される。
この様な電子部品は以下の様にして製造される。まず、断面が平角状の導電体11Aの表面を熱可塑性樹脂の被覆11Bで被覆した導線11をその両端が外周に位置する様に渦巻き状に2段の外外巻きに巻回して巻回部12Aを形成した後、導線の両端を巻回部の外周から引き出して引き出し端部12Bを形成して、図2(A)に示す様に、空芯コイル12が形成される。引き出し端部12Bは、導線の両端部が巻回部12Aから巻回部を挟んで対向する様に引き出される。この時、導線11の熱可塑性樹脂の被覆11Bとしては、ポリエチレン樹脂、変性ポリエチレン樹脂、変性ポリオレフィン樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミドポリアミドイミド樹脂等が用いられる。
次に、この空芯コイル12の表面全体に、酸化物ゾル、ハイブリッドゾル、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂等の熱硬化性化合物を含む熱硬化性組成物を塗布し、乾燥し、硬化させて、図2(B)に示す様に、この空芯コイル12の表面全体に熱硬化性組成物からなる硬化物の被膜14が形成される。熱硬化性組成物の塗布は、空芯コイル12を熱硬化性組成物中にディップ又は、空芯コイル12の表面に熱硬化性組成物をスプレーすることにより行われる。また、空芯コイル12の表面全体に、熱硬化性組成物の硬化物である被膜14は、熱硬化性組成物の塗布、乾燥、硬化を、必要に応じて複数回繰り返すことにより、薄い膜を順次積み重ね、例えば、0.2μm以上10μm以下の厚みに形成される。
続いて、この熱硬化性組成物の硬化物である被膜14が形成されたコイル12を、樹脂と磁性材料を含む封止材中に埋設し、加圧して、図2(C)に示す様に、コイル12を内蔵する成形体13が形成される。封止材としては、磁性材料として例えば鉄系の金属磁性粉末を、樹脂として例えばエポキシ樹脂をそれぞれ用い、これらを混合したものが用いられる。この時、コイル12の引き出し端部12Bは、成形体13の長さ方向の対向する側面にその表面が露出するようにし、その表面の熱硬化性組成物の硬化物である被膜14と熱可塑性樹脂の被覆11Bとを除去して導電体11Aを露出させる。
そして、成形体13の長さ方向の対向する側面とこの側面に隣接する4つの面の一部に、導電材料を配置して外部端子15が形成される。
この様に形成された電子部品では、コイル表面全体が熱硬化性組成物の硬化物である被膜で覆われていない従来のコイルを用いて形成した場合には約25%の割合で発生していたショートによる不良品の発生率を大幅に低下することができた。
次に、以下に示す熱硬化性組成物を用いて、以下に示す被膜形成条件でコイルに皮膜を形成して被覆体を調製し、得られた被覆体を用いて上記と同様にして電子部品を形成してその特性を測定した。被膜形成は熱硬化性組成物をディップ塗布した後、200℃で熱処理して行った。また特性の測定値は、インダクタンスLについてはLCRメータ 4285Aを用い、耐電圧については自社製試験機を用いて、30個以上のサンプルについて測定した値の平均値である。
なお、酸化物ゾルとしてCSA110AD(川研ファインケミカル社製)を用い、界面活性剤としてBYK3440(ビックケミー・ジャパン社製)、密着性付与剤としてBYK4509(ビックケミー・ジャパン社製)を用いた。
例1はコイル12に熱硬化性組成物の被膜14の形成を施さない従来品の特性であり、例2は酸化物ゾルに添加剤を添加し(組成物A)、これをコイル12の表面全体に塗布して被膜形成した場合の特性であり、例3は酸化物ゾルに添加剤を添加しないもの(組成物B)を塗布し、その上に酸化物ゾルに添加剤を添加したもの(組成物C)を、例2における引き上げ速度よりも速くした状態で、2回とも同じ引き上げ速度で塗布して被膜形成した場合の特性であり、例4は酸化物ゾルに添加剤を添加したもの(組成物D)を例2と同じ引き上げ速度で2回塗布して被膜形成した場合の特性であり、例5と例6は酸化物ゾルにそれぞれ例2の添加剤と異なる添加剤を添加し(組成物E及び組成物F)、例2及び例3よりも早い引き上げ速度で塗布して被膜形成した場合の特性である。
特に、例3の電子部品の耐電圧の平均値は、例1の従来品の耐電圧の平均値に比較して約70V向上した。また、例2から例6のいずれもインダクタンスの平均値が、例1の従来品よりも大きくなり、例5のインダクタンスの平均値については、例1の従来の電子部品の平均値よりも7%大きくなった。
また例2で作製した電子部品について、コイルを被覆する硬化物の厚みを走査型電子顕微鏡(SEM)画像から求めたところ、2から3μm程度であった。
次に、エポキシ樹脂を含む組成物G、及び変性ポリエチレン樹脂を含む組成物Hを用いて、被膜形成を行って被覆体を調製し、得られた被覆体を用いて上記と同様にして電子部品を形成してその特性を測定した。エポキシ樹脂としてはEM434AN(ADEKA社製)を用い、変性ポリエチレン樹脂としてはSD1010(ユニチカ社製)を用いた。
例7は組成物Gをコイル12の表面にディップ塗布して被膜14を形成した場合の特性であり、例8は組成物Hを用いた場合の特性である。
熱可塑性樹脂である変性ポリエチレンでコイルを被覆した例8は、コイルを被覆しない例1の従来品に比べて耐電圧の平均値が向上したが、インダクタンスの平均値は、ほぼ同等であった。それに対し、熱硬化性樹脂であるエポキシ樹脂でコイルを被覆した例7は、耐電圧の平均値とインダクタンスの平均値の両方が、例1の従来品よりも向上した。
以上、本発明の電子部品及びその製造方法の実施例を述べたが、本発明はこの実施例に限られるものではない。例えば、実施例では、コイルは、導線の幅広面を巻軸と平行にした状態で、導線をその両端部が外周に位置するように渦巻き状に2段の外外巻きに巻回して形成した場合を示したが、導線の厚み面を巻軸と平行にした状態で、導線をその両端部が外周に位置するように渦巻き状に2段の外外巻きに巻回して形成したり、ガラ巻き、整列巻き等様々な方法で形成したりしても良い。
また、コイルの表面全体に、熱硬化性樹脂を塗布する回数は1回でも良いし、3回以上でも良い。
さらに、コイルの表面全体に、熱硬化性樹脂を塗布する前に、全体を有機溶剤で洗浄しても良い。
11 導線、12 コイル、13 成形体

Claims (12)

  1. 導体の巻回体であるコイルと、樹脂と磁性粉末を含む封止材から形成され、該コイルを内包する成形体とを備える電子部品であって、
    該コイルは、熱硬化性組成物の硬化物で被覆された被覆体として該成形体内に埋設されていることを特徴とする電子部品。
  2. 前記熱硬化性組成物は、酸化物ゾル、ハイブリッドゾル及び熱硬化性樹脂からなる群から選択される少なくとも1種を含む請求項1に記載の電子部品。
  3. 前記熱硬化性組成物は、ナノセラミックス粒子を更に含む請求項1又は請求項2に記載の電子部品。
  4. 前記導体は、熱可塑性樹脂で被覆された被覆導体である請求項1から請求項3のいずれかに記載の電子部品。
  5. 前記熱可塑性樹脂は、ポリエチレン樹脂、変性ポリエチレン樹脂、変性ポリオレフィン樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂及びポリアミドイミド樹脂からなる群から選択される少なくとも1種を含む請求項4に記載の電子部品。
  6. 導体の巻回体であるコイルと、樹脂と磁性粉末を含む封止材から形成され、該コイルを内包する成形体とを備える電子部品の製造方法であって、
    導体を巻回してコイルを形成する工程、
    該コイルに熱硬化性組成物を塗布し、熱処理して被覆体を形成する工程及び
    該被覆体を、樹脂と磁性材料を含む封止材中に埋設し、加圧して成形体を形成する工程を備えることを特徴とする電子部品の製造方法。
  7. 前記熱硬化性組成物の塗布が、ディップ又はスプレーの何れかにより行われる請求項6に記載の電子部品の製造方法。
  8. 前記熱硬化性組成物の塗布及び熱処理が複数回行われる請求項6又は請求項7に記載の電子部品の製造方法。
  9. 前記熱硬化性組成物は、酸化物ゾル、ハイブリッドゾル及び熱硬化性樹脂からなる群から選択される少なくとも1種を含む請求項6から請求項8のいずれかに記載の電子部品の製造方法。
  10. 前記熱硬化性組成物は、ナノセラミックス粒子を更に含む請求項6から請求項9のいずれかに記載の電子部品の製造方法。
  11. 前記導体は、熱可塑性樹脂で被覆された被覆導体である請求項6から請求項10のいずれかに記載の電子部品の製造方法。
  12. 前記熱可塑性樹脂は、ポリエチレン樹脂、変性ポリエチレン樹脂、変性ポリオレフィン樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂及びポリアミドイミド樹脂からなる群から選択される少なくとも1種を含む請求項11に記載の電子部品の製造方法。
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