JP4107897B2 - 回路配線検査方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回路配線検査方法に関し、さらに詳しく言えば、幹配線から分岐されている複数の枝配線間の短絡および各枝配線の断線の有無を検査する回路配線の検査技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
回路配線の検査項目の一つに配線パターンの断線（オープン）検査と、隣接する配線パターン間の短絡（ショート）検査とがある。
【０００３】
図５に模式的に示すように、回路基板に２つの配線パターンＡ，Ｂが隣接して形成されているとして、断線検査は、配線パターンＡの端点Ａａ，Ａｂ間、配線パターンＢの端点Ｂａ，Ｂｂ間の各抵抗値Ｒを測定することにより行われる。Ｒ≒０であれば断線なし、Ｒ≒∞であれば断線ありと判定される。
【０００４】
配線パターンＡ，Ｂ間の短絡検査は、例えば配線パターンＡの一方の端点Ａａと配線パターンＢの一方の端点Ｂａとの間の抵抗値Ｒを測定し、Ｒ≒∞であればパターン間に短絡なし、Ｒ≒０であればパターン間に短絡ありと判定される。
【０００５】
また、パターンによっては、図６に示すように幹配線Ｍから複数の枝配線Ｐ１〜ＰＮが分岐している回路がある。この場合、枝配線Ｐ１〜ＰＮはそれらの各一端（幹側端点）が幹配線Ｍにより相互に接続されているが、やはり抵抗測定により各枝配線の断線検査と枝配線間の短絡検査とが行われる。
【０００６】
例えば、隣接する枝配線Ｐ１とＰ２の断線・短絡を検査するには、それらの反幹側端点Ｐ１ａとＰ２ａ間の抵抗値を低抵抗測定器にて測定する。そして、その測定値Ｒと、あらかじめ設定されている所定のしきい値±Ｔｈとを比較することにより、断線・短絡の有無が検査される。なお、しきい値±Ｔｈは良品基板から得た基準値に基づいて設定される。
【０００７】
すなわち、図７に示すように、枝配線Ｐ１，Ｐ２間が短絡していると、抵抗値Ｒが低くなり、しきい値±Ｔｈから外れる。これにより、枝配線間に短絡ありと判定される。また、図８に示すように、いずれか一方の枝配線（この例では枝配線Ｐ２）が断線していればＲ≒∞となるため、これをもって断線ありと判定される。
【０００８】
抵抗測定は、抵抗測定器の測定プローブを配線パターンの端点に接触させることにより行われるが、図９に模式的に示すように、例えば端点Ｐ１ａに対するプローブの接触位置が、良品基板から基準値を得た際には図示実線位置であるのに対して、実際の検査時に図示鎖線位置のようにずれると、プローブ間の抵抗値が変わってしまうため、正確な測定ができず判定ミスが生ずることがある。
【０００９】
また、プローブの接触位置に上記のようなずれがなく、正確に配線パターンの抵抗値が測定できたとしても、配線パターン形成時の製造誤差（線幅のばらつきなど）が大きいと、基準値に対する最適なしきい値を設定することが困難となる。
【００１０】
ちなみに、配線パターン形成時の製造誤差により、例えば線幅が広く形成された場合には、短絡してしまっているパターンの抵抗値とほぼ同値になることがあり、このような場合には、しきい値を設定できなくなる。
【００１１】
一例として、配線パターンの抵抗値１００ｍΩを基準として、そのしきい値を±１０％の９０〜１１０ｍΩに設定したとして、例えば１２０ｍΩ位の抵抗値をもつ配線パターンが隣の配線パターンと短絡して１１０ｍΩになると、短絡しているにもかかわらず良品と判断されることになる。
【００１２】
また、上記従来例ではしきい値を設定するうえで、あらかじめ良品である配線パターンをもった回路基板をビジュアル検査などにより探し出して、その抵抗値を測定しておく必要があるため、作成された回路基板の検査を１枚目から行うことができない。
【００１３】
さらに、抵抗測定による短絡検出は微小な抵抗変化を捉える必要があるため、測定プローブの接触抵抗の影響が問題となる。そのため、微小抵抗の測定には４端子法が用いられるが、４端子法の測定プローブは他のプローブよりも高価であり、また、狭いピッチの配線パターンへのプロービングが困難となる。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、本発明の課題は、配線パターンの端点に対するプロービング位置によって検査精度が左右されることがなく、また、あらかじめ良品基板から判定基準となるデータを収集する必要をなくして、作成された回路基板の１枚目から隣接パターンの断線・短絡検査を行えるようにすることにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明は、幹配線と、上記幹配線に対して並列的に接続された複数の枝配線とを含む回路配線の上記枝配線間の短絡および上記各枝配線の断線の有無を検査する回路配線検査方法において、所定の測定信号を出力する測定信号発生源および上記測定信号発生源に接続される信号印加用プローブと、一方の入力端子が接地電位とされたガード回路用の第１オペアンプと、上記第１オペアンプの他方の入力端子に第１スイッチを介して接続される第１ガード用プローブおよび上記第１オペアンプの出力側に第２スイッチを介して接続される第２ガード用プローブと、一方の入力端子が接地電位とされた第２オペアンプを含む電流検出手段および上記第２オペアンプの他方の入力端子に接続される電流検出用プローブとを備え、隣接する任意の第１，第２枝配線およびその両側に位置する任意の第３，第４枝配線を含む４本の枝配線の内、外側に位置する上記第３枝配線および上記第４枝配線の各端点に上記第１ガード用プローブと上記第２ガード用プローブとを接触させるとともに、上記第１，第２枝配線の内の一方の端点に上記信号印加プローブを接触させ、他方の端点に上記電流検出用プローブを接触させ、上記第１，第２スイッチが導通状態のときと、非導通状態のときの上記電流検出手段による検出電流に基づいて、上記第１，第２枝配線間の短絡と、上記第１，第２枝配線の断線の有無を検査するもので、上記第１，第２スイッチが導通状態のときで、上記電流検出手段による検出電流ＡがＡ＝０の場合には上記第１，第２枝配線間に短絡なしと判定し、Ａ≠０の場合には上記第１，第２枝配線間に短絡ありと判定することを特徴としている。
【００１６】
すなわち、上記第１，第２スイッチが導通状態のとき、外側に位置する第３枝配線および第４枝配線の各端点間に第１オペアンプによるガード回路が接続されることになる。したがって、電流検出用プローブが接触されている枝配線の幹側端点が接地電位となり、また、電流検出用プローブも第２オペアンプのバーチャルショートにより接地電位に維持されるため、電流検出用プローブが接触される枝配線には電流が流れない。
【００１７】
よって、上記第１，第２スイッチが導通状態のときで、上記電流検出手段による検出電流ＡがＡ＝０の場合には、上記第１，第２枝配線間に短絡なしと判定することができる。これに対して、Ａ≠０の場合には、隣接する枝配線側から電流が流れ込んでいることを意味し、上記第１，第２枝配線間に短絡ありと判定されることになる。
【００１８】
一方、上記第１，第２スイッチが非導通状態のときは、外側に位置する第３枝配線および第４枝配線の各端点間が第１オペアンプによるガード回路から切り離されることになるため、測定信号発生源に接続されている枝配線から、幹配線を介して電流検出用プローブが接触されている枝配線に電流が流れ込む。
【００１９】
したがって、上記電流検出手段による検出電流ＡがＡ≠０の場合には、上記第１，第２枝配線のいずれにも断線がなく、Ａ＝０の場合には、上記第１，第２枝配線の少なくとも一方に断線あり、もしくは上記信号印加プローブ，上記電流検出用プローブの少なくとも一方が上記枝配線の端点と非接触であると判定することができる。
【００２０】
なお、上記第１，第２スイッチが導通状態にあるにも関わらず、上記第１オペアンプの出力電圧がオペアンプの電源電位を示すときは、上記ガード回路のループが開ループとなっている場合であるから、上記第１，第２ガード用プローブの少なくとも一方が上記第３枝配線，上記第４枝配線の端点と非接触もしくは上記第３枝配線，上記第４枝配線の少なくとも一方が断線であると判定することができる。
【００２１】
このように、本発明によれば、電流検出手段による検出電流Ａが、Ａ＝０もしくはＡ≠０のいずれかを判定するだけでよいため、配線パターンの端点に対するプロービング位置によって検査精度が左右されることがない。また、あらかじめ良品基板から判定基準となるデータを収集する必要もなく、作成された回路基板の１枚目から隣接パターンの断線・短絡検査を行うことができる。
【００２２】
さらには、測定プローブの接触抵抗による影響を受けないため、通常の安価な測定プローブを使用でき、しかも４端子法のように１ラインに付き４本の測定プローブをプロービングする必要もないため、狭いピッチの配線パターンの測定も容易にできる。
【００２３】
上記測定信号発生源は、直流または交流のいずれであってもよい。また、測定信号も電圧もしくは電流のいずれであってもよい。すなわち、直流電圧発生器，直流電流発生器，交流電圧発生器，交流電流発生器のすべてが使用可能である。
【００２４】
なお、上記電流検出手段に代えて電圧検出手段を用いてもよい。これは、上記第２オペアンプが実質的に電流−電圧変換手段であることによる。また、上記信号印加用プローブ，ガード用プローブ，電流検出用プローブは、その用途を示したに過ぎず、同一構成のプローブであってよい。ちなみに、上記電流検出手段に代えて電圧検出手段が採用される場合、上記電流検出用プローブは、電圧検出用プローブに読み替えられる。
【００２５】
また、上記信号印加プローブ，ガード用プローブ，電流検出プローブの各々は、Ｘ−Ｙ移動式であってもよいし、あらかじめ位置決めされてピンボードに植設されていてもよい。
【００２６】
【発明の実施の形態】
次に、図１ないし図４により、本発明の実施形態について説明する。先の図６で説明した幹配線Ｍと、幹配線Ｍから分岐された複数の枝配線Ｐ１〜ＰＮとを有する回路配線の枝配線の断線および枝配線間の短絡を検査するにあたって、本発明においては、１回の検査あたり４本の枝配線が選択される。
【００２７】
図１に、幹配線Ｍに接続されている複数の枝配線のうち、１回の検査あたり選択される４本の枝配線をＰ１〜Ｐ４として示す。この例において、この４本の枝配線のうち、短絡および断線検査の対象となるのは、隣接する２本の枝配線Ｐ２，Ｐ３で、その外側に位置する枝配線Ｐ１，Ｐ４はガード用として採用される。
【００２８】
すなわち、枝配線Ｐ２，Ｐ３が請求項１に記載の第１，第２枝配線に相当し、枝配線Ｐ１，Ｐ４が請求項１に記載の第３，第４枝配線に相当する。なお、枝配線Ｐ１，Ｐ４は、必ずしも枝配線Ｐ２，Ｐ３の隣に位置している必要はなく、例えば幹配線Ｍに接続されている複数の枝配線のうち、最外側に配置されている枝配線であってもよい。
【００２９】
枝配線Ｐ２，Ｐ３間の短絡および断線を検査するため、この回路配線検査装置１０は、基本的な構成として、測定信号発生源としての例えば直流電圧発生器１１と、ガード回路用のオペアンプ（第１オペアンプ；演算増幅器）１２と、電流検出手段１３と、制御手段１４とを備えている。なお、測定信号発生源は、直流電流発生器、交流電圧発生器もしくは交流電流発生器であってもよい。
【００３０】
直流電圧発生器１１には、信号印加用としての測定プローブ１１ａが接続される。オペアンプ１２は、その＋側入力端子が接地され、−側入力端子にはスイッチＳ１を介して一方のガード用プローブ１２ａが接続される。また、オペアンプ１２の出力端子には、スイッチＳ２を介して他方のガード用プローブ１２ｂが接続されている。さらに、オペアンプ１２の出力端子とスイッチＳ２との間には電圧計１２１が接続されている。
【００３１】
電流検出手段１３はオペアンプ（第２オペアンプ）１３１を含み、その＋側入力端子が接地され、−側入力端子には電流検出用としての測定プローブ１３ａが接続される。オペアンプ１３１は、−側入力端子と出力端子との間に帰還抵抗１３２を有し、その出力端子側には電流計１３３が接続されている。
【００３２】
制御手段１４には、例えばＣＰＵやマイクロプロセッサなどが用いられる。制御手段１４は、電流計１３３および電圧計１２１から検出信号を受けて、枝配線Ｐ２，Ｐ３間の短絡および断線の有無やプローブの接触状態の良否を判定するとともに、スイッチＳ１，Ｓ２のオンオフ制御を行う。なお図示しないが、制御手段１４は判定結果などを表示する表示器を備えている。表示器はディスプレイパネルやプリンタなどであってよい。
【００３３】
次に、図２および図３により、枝配線Ｐ２，Ｐ３間の短絡検査方法について説明する。なお、図３は枝配線Ｐ２，Ｐ３間が短絡（図２中に鎖線で示す）している場合の測定系を抵抗で表したものである。
【００３４】
枝配線Ｐ２，Ｐ３間の短絡を検査するにあたっては、直流電圧発生器１１の測定ブローブ１１ａを枝配線Ｐ３の端点に接触させ、電流検出手段１３の測定プローブ１３ａを枝配線Ｐ２の端点に接触させる。また、オペアンプ１２のガード用プローブ１２ａ，１２ｂを枝配線Ｐ１，Ｐ４の各端点に接触させる。スイッチＳ１，Ｓ２はともにオンとする。
【００３５】
オペアンプ１２の−入力端子はバーチャルショートにより接地電位（０Ｖ）となるから、枝配線Ｐ２と幹配線Ｍとの接続点をＰ２ａとすると、その接続点Ｐ２ａの電位も０Ｖとなる。また、電流検出手段１３の第２オペアンプ１３１の−入力端子もバーチャルショートにより接地電位（０Ｖ）となるから、その−入力端子に接続されている測定プローブ１３ａも０Ｖとなる。
【００３６】
したがって、枝配線Ｐ２，Ｐ３間が短絡（ショート）していない場合、枝配線Ｐ２には電流が流れず、電流計１３３の測定値ＡはＡ＝０（アンペア）となる。これにより、制御手段１４は枝配線Ｐ２，Ｐ３間に短絡なしと判定し、その結果を図示しない表示器に表示する。
【００３７】
これに対して、枝配線Ｐ２，Ｐ３間が図２の鎖線で示すように短絡している場合は次のようになる。枝配線Ｐ２の短絡箇所をＰ２ｂとすると、直流電圧発生器１１に接続されている枝配線Ｐ３から短絡箇所Ｐ２ｂに向けて短絡電流が流れ、短絡箇所Ｐ２ｂに電位が発生する。このとき、接続点Ｐ２ａおよびオペアンプ１３１の−入力端子は依然として０Ｖである。
【００３８】
ここで、短絡箇所Ｐ２ｂにて２分された枝配線Ｐ２の配線抵抗をｒ１，ｒ２とすると、短絡箇所Ｐ２ｂから短絡電流の一部が配線抵抗ｒ２およびオペアンプ１３１の帰還抵抗１３２に流れるため、電流計１３３の測定値ＡはＡ≠０（アンペア）となる。
【００３９】
これにより、制御手段１４は枝配線Ｐ２，Ｐ３間に短絡ありと判定する。ちなみに、短絡箇所Ｐ２ｂに発生した電位をＶ２ｂとし、帰還抵抗１３２の抵抗値をＲｒｅｆとすると、オペアンプ１３１の出力端子には、Ｖｏ＝（Ｒｒｅｆ／ｒ２）×Ｖ２ｂなる電圧が発生する。
【００４０】
次に、図４を参照して、枝配線Ｐ２，Ｐ３の断線検査方法について説明する。この場合には、各測定プローブ１１ａ，１２ａ，１２ｂ，１３ａを上記短絡検査時の接触状態としたまま、スイッチＳ１，Ｓ２をともにオフとし、枝配線Ｐ１，Ｐ４をオペアンプ１２のガード回路から外す。
【００４１】
枝配線Ｐ２，Ｐ３のいずれにも断線がなければ、直流電圧発生器１１から枝配線Ｐ３に印加される電圧により発生した電流が枝配線Ｐ２側に流れるため、電流計１３３の測定値ＡはＡ≠０（アンペア）となる。
【００４２】
これにより、制御手段１４は、枝配線Ｐ２，Ｐ３のいずれにも断線がないと判定する。また、枝配線Ｐ２，Ｐ３の各端点に対する測定プローブ１１ａ，１３ａの接触状態も良好であることが分かる。
【００４３】
これに対して、電流計１３３の測定値ＡがＡ＝０（アンペア）であれば、制御手段１４は、枝配線Ｐ２，Ｐ３の少なくとも一方に断線あり、もしくは枝配線Ｐ２，Ｐ３の各端点に対する測定プローブ１１ａ，１３ａの接触不良と判定する。
【００４４】
なお、断線検査時にはスイッチＳ１，Ｓ２をともにオフとするが、上記短絡検査時にスイッチＳ１，Ｓ２をともにオンにする場合、電圧計１２１の測定値を観察することにより、枝配線Ｐ１，Ｐ４の各端点に対するガード用プローブ１２ａ，１２ｂの接触状態や枝配線Ｐ１，Ｐ４の断線をチェックすることができる。
【００４５】
すなわち、スイッチＳ１，Ｓ２がオンの状態で、ガード用プローブ１２ａ，１２ｂの少なくとも一方が端点から外れていれば、オペアンプ１２によるガード回路のループが開ループとなるため、オペアンプ１２の出力はオペアンプの電源電位に張り付く。この現象は、ガード用プローブ１２ａ，１２ｂの端点に対する接触が良好で、枝配線Ｐ１，Ｐ４のいずれかに断線がある場合も同様に生ずる。
【００４６】
これに対して、枝配線Ｐ１，Ｐ４の各端点に対するガード用プローブ１２ａ，１２ｂの接触が良好である場合には、オペアンプ１２によるガード回路のループが閉ループとなるため、オペアンプ１２の出力は０Ｖ近辺（例えば数１０ｍＶ）となる。したがって、制御手段にて電圧計１２１の測定値を監視することにより、ガード用プローブ１２ａ，１２ｂの接触状態や枝配線Ｐ１，Ｐ４の断線をもチェックすることができる。
【００４７】
上記実施形態では、短絡検査時にはスイッチＳ１，Ｓ２をオンとして、オペアンプ１２によるガード回路のループを閉ループとし、断線検査時にはスイッチＳ１，Ｓ２をオフとしてオペアンプ１２によるガード回路のループを開ループとしているが、別の例として、スイッチＳ１，Ｓ２を用いずに、枝配線Ｐ１，Ｐ４の各端点に対して、短絡検査時にはガード用プローブ１２ａ，１２ｂを接触させ、断線検査時にはガード用プローブ１２ａ，１２ｂを外すようにしてもよい。
【００４８】
上記４本の各プローブはＸ−Ｙ方式にて駆動されてもよく、また、各枝配線の端点に対して位置的に対応するように複数のプローブをピンボードに植設し、その内の４本のプローブを選択するようにしてもよい。ピンボード式によれば、枝配線のパターン分のプローブを必要とするが、高速検査が可能になる。
【００４９】
さらには、上記枝配線Ｐ１，Ｐ４を幹配線Ｍに接続された複数の枝配線のうちの最外側に位置する枝配線に指定する場合には、ガード用プローブ１２ａ，１２ｂを固定式とし、信号印加用の測定プローブ１１ａおよび電流検出用の測定プローブ１３ａを可動式とすることもできる。
【００５０】
なお、例えば図１に示すように、幹配線Ｍが末端の枝配線よりも長く延びている場合には、その延びた部分の幹配線Ｍに一方のガード用プローブを接触させることにより、末端側に位置する２本の枝配線間の短絡およびその各枝配線の断線を検査することができる。
【００５１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、幹配線に対して並列的に接続された複数の枝配線を含む回路配線の枝配線間の短絡および断線の有無を検査するにあたって、隣接する任意の第１，第２枝配線の一方に測定信号発生源を接続し、他方の枝配線にはオペアンプを有する電流検出手段を接続するとともに、第１，第２枝配線の両側に位置する任意の第３，第４枝配線に対してガード回路用のオペアンプをスイッチを介して接続し、スイッチがオンのときと、オフのときの電流検出手段による検出電流に基づいて、第１，第２枝配線間の短絡および断線の有無を検査するようにしたことにより、各枝配線の端点に対するプロービング位置によって検査精度が左右されることなく、高精度の検査を行うことができる。
【００５２】
また、あらかじめ良品基板から判定基準となるデータを収集する必要がないため、作成された回路基板の１枚目から隣接パターンの断線・短絡検査を行うことができる。
【００５３】
さらには、測定プローブの接触抵抗による影響を受けないため、通常の安価な測定プローブを使用でき、しかも４端子法のように１ラインに付き４本の測定プローブをプロービングする必要もないため、狭いピッチの配線パターンの測定も容易にできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による回路配線検査装置の構成を示す模式図。
【図２】上記回路配線検査装置での短絡検査方法を説明するための模式図。
【図３】上記短絡検査時の測定系を抵抗で表した回路図。
【図４】上記回路配線検査装置での断線検査方法を説明するための模式図。
【図５】一般的な隣接配線パターン間の短絡および断線検査を説明するための模式図。
【図６】幹配線から分岐された枝配線の従来技術による短絡・断線検査を説明するための模式図。
【図７】上記枝配線間が短絡している場合の説明図。
【図８】上記枝配線が断線している場合の説明図。
【図９】上記従来技術における問題点を説明するための説明図。
【符号の説明】
１０ 回路配線検査装置
１１ 直流電圧発生器
１２ ガード回路用のオペアンプ
１２１ 電圧計
１３ 電流検出手段
１３１ 電流検出手段のオペアンプ
１３３ 電流計
１４ 制御手段
１１ａ 信号印加用のプローブ
１２ａ，１２ｂ ガード用プローブ
１３ａ 電流検出用のプローブ
Ｓ１，Ｓ２ スイッチ
Ｍ 幹配線
Ｐ１〜Ｐ４ 枝配線
Ｐ２ａ 短絡箇所

Claims (3)

1. 幹配線と、上記幹配線に対して並列的に接続された複数の枝配線とを含む回路配線の上記枝配線間の短絡および上記各枝配線の断線の有無を検査する回路配線検査方法において、
   所定の測定信号を出力する測定信号発生源および上記測定信号発生源に接続される信号印加用プローブと、一方の入力端子が接地電位とされたガード回路用の第１オペアンプと、上記第１オペアンプの他方の入力端子に第１スイッチを介して接続される第１ガード用プローブおよび上記第１オペアンプの出力側に第２スイッチを介して接続される第２ガード用プローブと、一方の入力端子が接地電位とされた第２オペアンプを含む電流検出手段および上記第２オペアンプの他方の入力端子に接続される電流検出用プローブとを備え、
   隣接する任意の第１，第２枝配線およびその両側に位置する任意の第３，第４枝配線を含む４本の枝配線の内、外側に位置する上記第３枝配線および上記第４枝配線の各端点に上記第１ガード用プローブと上記第２ガード用プローブとを接触させるとともに、上記第１，第２枝配線の内の一方の端点に上記信号印加プローブを接触させ、他方の端点に上記電流検出用プローブを接触させ、
   上記第１，第２スイッチが導通状態のときと、非導通状態のときの上記電流検出手段による検出電流に基づいて、上記第１，第２枝配線間の短絡と、上記第１，第２枝配線の断線の有無を検査するもので、
   上記第１，第２スイッチが導通状態のときで、上記電流検出手段による検出電流ＡがＡ＝０の場合には上記第１，第２枝配線間に短絡なしと判定し、Ａ≠０の場合には上記第１，第２枝配線間に短絡ありと判定することを特徴とする回路配線検査方法。
2. 上記第１，第２スイッチが非導通状態のときで、上記電流検出手段による検出電流ＡがＡ≠０の場合には上記第１，第２枝配線のいずれにも断線がなく、Ａ＝０の場合には上記第１，第２枝配線の少なくとも一方に断線あり、もしくは上記信号印加プローブ，上記電流検出用プローブの少なくとも一方が上記枝配線の端点と非接触であると判定する請求項１に記載の回路配線検査方法。
3. 上記第１，第２スイッチが導通状態のとき、上記第１オペアンプの出力電圧がオペアンプの電源電位を示す場合には、上記第１，第２ガード用プローブの少なくとも一方が上記第３枝配線，上記第４枝配線の端点と非接触もしくは上記第３枝配線，上記第４枝配線の少なくとも一方が断線であると判定する請求項１または２に記載の回路配線検査方法。

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