JP4638761B2 - 配線基板 - Google Patents

Description

本発明は、例えば発光ダイオードのような発光素子を実装するための配線基板に関する。

発光素子を実装する配線基板においては、かかる発光素子を実装するキャビティの側面に金属からなる反射層を形成すると共に、当該キャビティ内に封止用樹脂を表面が平坦になるようにして充填することで、上記発光素子から発光された光を鮮明なものとすることができる。
ところで、キャビティに充填する封止用樹脂は、金属製の反射層との密着強度が低いため、当該キャビティから剥離することに伴って、実装された発光素子やこれに接続したボンディングワイヤが引き剥がされる、という問題があった。

前記問題を解決し、封止用樹脂がキャビティから剥離せず、当該キャビティに強固に密着させるため、ほぼ円錐形のキャビティとなる貫通孔の中間位置にリング形状の段差を設けと共に、かかる段差の上側に突起および外向きに凹む溝を形成した発光素子取付用パッケージが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
しかしながら、上記発光素子取付用パッケージでは、貫通孔の内周面に被覆した金属製の反射層のうち、セラミックなどの絶縁材が露出する上記段差の直上部分では、発光素子からの光が反射せず、反射効率が低下する。しかも、封止用樹脂のうち段差よりも高い位置にある部分は、不用意に剥離するおそれがあると共に、上記突起や溝の形成が困難で且つ煩雑な工程を要する、という問題点があった。

特開２００４−３２７５０４号公報（第１〜１０頁、図１，５）

本発明は、前述した背景技術における問題点を解決し、発光素子が実装されるキャビティに対し、これに充填される封止用樹脂が強固に密着すると共に、上記発光素子からの光を効率良く反射できる配線基板を提供する、ことを課題とする。

課題を解決するための手段および発明の効果

本発明は、前記課題を解決するため、キャビティの側面と基板本体の表面との間にまたがって、セラミックや樹脂などの絶縁材が露出する段部を形成する、ことに着想して成されたものである。
即ち、本発明の配線基板（請求項１）は、表面および裏面を有し且つ絶縁材からなる基板本体と、かかる基板本体の表面に開口し且つ底面に発光素子が実装されるキャビティと、平面視において前記キャビティの側面と基板本体の表面との間における全周に沿って形成された段部と、を含み、上記キャビティの側面および段部の底面の一部には、上記発光素子の光を反射する光反射層が連続して形成され、上記段部における底面の残部と該段部の側壁とに上記絶縁材が露出している、ことを特徴とする。

これによれば、キャビティの底面上に発光素子を実装し且つ当該キャビティに固化前の封止用樹脂を充填すると、かかる封止用樹脂の一部は、前記段部の底面の残部と側壁とに露出する絶縁材に密着して固化するため、キャビティから剥離するおそれが解消する。そのため、上記キャビティに実装した発光素子やこれに接続したボンディングワイヤを確実に保護できる。しかも、光反射層が、キャビティの側面および段部の底面の一部に連続して形成されているので、実装される発光素子の光の反射面積を拡大することもできる。従って、発光素子からの光を光反射層で効率良く反射させ且つ外部に安定して放出することが可能となる。

尚、前記基板本体を形成する絶縁材には、例えばアルミナを主成分とするセラミック、低温焼成の一種である例えばガラス−セラミック、あるいは、例えばエポキシ系樹脂などが含まれる。また、前記キャビティは、底面側が縮径されたほぼ円錐形状、ほぼ楕円錐形状、ほぼ長円錐形状、四角錐以上の多角錐形状のほか、円柱形、楕円柱形、長円柱形、四角柱を含む多角柱形状が含まれる。

更に、前記光反射層は、絶縁材に接する金属層と、その上にＮｉメッキ層などを介して形成されるＡｇ、Ｐｔ、Ｒｈ、またはＰｄの反射用メッキ層とから構成される 。加えて、キャビティの底面に実装される発光素子には、発光ダイオード（ＬＥＤ）や半導体レーザ（ＬＤ）などが含まれる。

尚、前記段部には、平面視においてキャビティの外形と相似形の円形、楕円形、長円形、四角形以上の正多角形などが含まれる。また、前記段部は、キャビティ側の底面と基板本体の表面側の側壁とから構成される。

付言すれば、本発明の配線基板において、前記光反射層を構成する金属層は、前記キャビティの底面に延びて形成されている、とすることも可能である。これによる場合、キャビティの底面上に実装する発光素子からの光の反射面積を拡大できるため、かかる光の反射効率を一層高めることが可能となる。

以下において、本発明を実施するための最良の形態について説明する。
図１は、本発明の前提となる参考形態の配線基板１を示す平面図、図２は、図１中のＸ−Ｘ線の矢視に沿った断面図である。
配線基板１は、図１，図２に示すように、表面３および裏面４を有し且つセラミック（絶縁材）からなる基板本体２と、かかる基板本体２の表面３に開口し且つ底面７に発光素子Ｌが実装されるキャビティ５と、を含む。かかるキャビティ５の傾斜した側面（周面）６には、上記発光素子Ｌからの光を反射するＡｇメッキ層８などを含む光反射層Ｈが形成され、かかる側面６と基板本体２の表面３との間にまたがってリング形状の段部１０が形成されている。

基板本体２は、図１，図２に示すように、平面視がほぼ正方形で所要の厚みを有する直方体を呈し、例えばアルミナを主成分とする複数枚のグリーンシートを積層してセラミックに焼成したものである。因みに、基板本体２のサイズは、約５ｍｍ×５ｍｍ×０．９ｍｍであり、内部にはＷまたはＭｏを主成分とする図示しない所定パターンの配線層やビア導体が形成され、且つ裏面４には図示しない電極が形成されている。尚、基板本体２には、例えばガラス−アルミナ系のグリーンシートを複数枚積層して焼成したガラス−セラミックを適用しても良い。
キャビティ５は、図１，図２に示すように、平面視が円形で且つ全体がほぼ円錐形状を呈し、円錐形状の側面６と円形の底面７とからなる。側面６の仰角は、３０〜７０度の範囲で適宜選択される。かかるキャビティ５は、１枚または積層した複数枚の前記グリーンシートを、所要のクリアランスを介するポンチとダイとによる打ち抜き加工、または最小限のクリアランスを介して打ち抜き加工で形成した貫通孔にほぼ円錐形の金型を押し込むことにより、上記ほぼ円錐形状に成形されている。因みに、キャビティ５のサイズは、上端の内径約３．６ｍｍ×深さ約０．４５ｍｍである。

図２およびその部分拡大図である図３に示すように、キャビティ５の側面６には、ＷまたはＭｏを主成分とする金属層９と、その上に被覆した図示しないＮｉメッキ層を介して被覆された厚さが約５μｍの例えばＡｇ、Ｐｔ、Ｒｈ、またはＰｄなどからなるメッキ層８と、から構成される光反射層Ｈが形成されている。
また、キャビティ５の側面６と基板本体２の表面３との間にまたがって形成される段部１０は、リング形状の底面１１および側壁１２からなり、これらにはセラミックまたはガラス−セラミックが露出している。かかる段部１０は、例えばキャビティ５を形成する貫通孔を有する前記グリーンシートと、キャビティ５とは内径が異なる貫通孔を有するグリーンシートとを、各貫通孔を同心にして積層することで形成される。

更に、図１，図２に示すように、キャビティ５の底面７上の中央付近には、図示しないロウ（ハンダ）材またはエポキシ系樹脂を介して、発光素子Ｌが実装可能とされている。かかる発光素子Ｌには、例えば発光ダイオード（ＬＥＤ）あるいは半導体レーザ（ＬＤ）などが含まれる。上記ロウ材は、例えばＡｕ−Ｓｎ系などの低融点合金からなる。
本発明の配線基板１では、前記光反射層Ｈを構成するＡｇなどのメッキ層８、Ｎｉメッキ層、および金属層９は、図４に示すように、段部１０の底面１１における中間位置まで延びる外端部８ａ，９ａを一体に有する形態としたので、発光素子Ｌからの光の反射面積を拡大することも可能である。

以上のような配線基板１では、図２に示すように、キャビティ５の底面７上に発光素子Ｌを実装した後、当該キャビティ５に固化前の封止用樹脂Ｊが充填され、図２中の一点鎖線で示すように、かかる封止用樹脂Ｊは、基板本体２の表面３と面一になるようにして固化される。この封止用樹脂Ｊは、上記発光素子Ｌを封止すると共に、当該発光素子Ｌから発光され且つ光反射層Ｈのメッキ層８で反射した光を透過させて外部に放出する。しかも、封止用樹脂Ｊは、キャビティ５の底面７と共に、リング状の段部１０における底面１１および側壁１２、あるいは少なくとも側壁１２に接触して固化しているため、これらに露出するセラミックなどと強固に密着する。
この結果、配線基板１によれば、封止用樹脂Ｊがキャビティ５から剥離しにくくなるため、発光素子Ｌおよびこれに接続される図示しないボンディングワイヤが引き剥がれ難くなる。従って、発光素子Ｌからの光を光反射層Ｈのメッキ層８で効率良く反射し且つ外部に放出することができる。
一方、本発明の配線基板１では、図４に示したように、更に、光反射層Ｈを段部１０の底面における中間位置まで延びる外端部８ａ，９ａを一体に有する形態としたので、キャビティ５に実装する発光素子Ｌからの光の反射面積を拡大することも可能となる。

図５は、異なる参考形態の配線基板１ａを示す平面図、図６は、図５中のＹ−Ｙ線の矢視に沿った断面である。かかる配線基板１ａも、前記同様の基板本体２、全体がほぼ円錐形状のキャビティ５、およびメッキ層８を含む光反射層Ｈを備えている。
図５，図６に示すように、キャビティ５の側面６と基板本体２の表面３との間にまたがって段部１４が形成されている。かかる段部１４は、平面視で正八角形を呈し、各辺の中央の内側でキャビティ５における側面６の上端と接線状に近接または接しており、平面視がほぼ偏平な三角形を呈する底面１５と、平面視がほぼＶ字形を呈する側壁１６と、をそれぞれ８個ずつ等間隔に有している。各底面１５と各側壁１６とには、セラミックまたはガラス−セラミックが露出している。

かかる段部１４は、例えば最上層となる前記グリーンシートに対し、断面が正八角形の貫通孔を打ち抜き、その下側に傾斜した側面を含む貫通孔付きの別のグリーンシートを積層することで形成される。尚、光反射層Ｈを構成するＡｇなどのメッキ層８、Ｎｉメッキ層、および前記金属層９は、前記図４で示したように、段部１４の各底面１５の中間までを覆う形態としても良い。また、光反射層Ｈをキャビティ５の底面７に延在する形態としても良い。
以上のような配線基板１ａでは、図６に示すように、キャビティ５の底面７上に発光素子Ｌを実装した後、当該キャビティ５に固化前の封止用樹脂Ｊが充填し、図６中の一点鎖線で示すように、かかる封止用樹脂Ｊは、基板本体２の表面３と面一になるように固化される。この封止用樹脂Ｊは、上記発光素子Ｌを封止し且つ当該発光素子Ｌから発光され且つ光反射層Ｈのメッキ層８で反射した光を、透過させて外部に放射する。

しかも、封止用樹脂Ｊは、キャビティ５の底面７と共に、正八角形の段部１４における各底面１５および各側壁１６、あるいは少なくとも各側壁１６に接触して固化しているので、これらに露出するセラミックなどと強固に密着する。
従って、配線基板１ａによれば、封止用樹脂Ｊがキャビティ５から剥離しにくく、発光素子Ｌおよび図示しないボンディングワイヤが引き剥がれなくなるため、発光素子Ｌからの光を、光反射層Ｈのメッキ層８で効率良く反射し且つ外部に放出することが可能となる。
尚、前記段部は、平面視で、正方形、正五角形、正六角形などの正多角形を呈する形態とし、各辺の中央の内側でキャビティ５における側面６の上端と接線状に近接または接する形態としても良い。

図７は、更に異なる参考形態の配線基板１ｂを示す平面図、図８は、図７中のＺ−Ｚ線の矢視に沿った断面である。かかる配線基板１ｂも、前記同様の基板本体２、全体がほぼ円錐形状のキャビティ５、および反射用メッキ層８を含む光反射層Ｈを備えている。
図７，図８に示すように、配線基板１ｂでは、キャビティ５の側面６と基板本体２の表面３との間にまたがって４個（複数個）の段部２０が等間隔で且つ基板本体２の各コーナ寄りの位置に形成されている。かかる４個の段部２０は、平面視でほぼ円弧形を呈し、セラミックが露出する円弧形の底面２１および平面視がほぼＣ字の側壁２２を有すると共に、キャビティ５の側面６側が緩くカーブした開口部２３をそれぞれ対称に有している。各底面２１および側壁２２には、セラミックまたはガラス−セラミックが露出している。

かかる段部２０は、例えば、最上層となる前記グリーンシートに対し、予め所定の位置に断面円形の貫通孔を打ち抜き加工で４個形成し、その下側に傾斜した側面を含む貫通孔付きの別のグリーンシートを積層することで形成される。
尚、光反射層Ｈを構成するＡｇなどのメッキ８、Ｎｉメッキ層、および前記金属層９は、前記図４で示したように、段部２０の各底面２１における開口部２３寄りの位置を覆う形態としたり、キャビティ５の底面７に沿って延びた形態しても良い。
以上のような配線基板１ｂでは、図８に示すように、キャビティ５の底面７上に発光素子Ｌを実装した後、当該キャビティ５に固化前の封止用樹脂Ｊが充填し、図８中の一点鎖線で示すように、かかる封止用樹脂Ｊは、基板本体２の表面３と面一になるように固化される。この封止用樹脂Ｊは、上記発光素子Ｌを封止し且つ当該発光素子Ｌから発光され且つ光反射層Ｈのメッキ層８で反射した光を、透過させて外部に放射する。

しかも、封止用樹脂Ｊは、キャビティ５の底面７と共に、４個の段部２０における各底面２１および各側壁２２、あるいは少なくとも各側壁２２に接触して固化しているので、これらに露出するセラミックなどと強固に密着する。
従って、配線基板１ｂによれば、封止用樹脂Ｊがキャビティ５から剥離しにくく、発光素子Ｌやボンディングワイヤが引き剥がれ難くなるため、発光素子Ｌからの光を光反射層Ｈで効率良く反射し且つ外部に放出することが可能となる。

図９乃至図１１は、前記配線基板１ｂを変形した参考形態である配線基板１ｃ〜１ｅの概略を示す部分平面図である。
配線基板１ｃは、図９に示すように、前記同様の基板本体２、全体がほぼ円錐形状のキャビティ５、および、反射用メッキ層８を含む光反射層Ｈを備えると共に、キャビティ５の側面６と基板本体２の表面３との間にまたがって４個の段部２４が等間隔で且つ基板本体２の各コーナ寄りの位置に形成されている。かかる４個の段部２４は、平面視で楕円形を呈し、同じ楕円形の底面２５、平面視がほぼ半楕円形の側壁２６、およびキャビティ５の側面６にカーブして張り出した開口部２７をそれぞれ対称に有している。各底面２５および各側壁２６には、セラミックなどが露出している。

また、配線基板１ｄは、図１０に示すように、前記同様の基板本体２、キャビティ５、および、反射用メッキ層８を含む光反射層Ｈを備えると共に、キャビティ５の側面６と基板本体２の表面３との間にまたがって４個の段部３０が等間隔で且つ基板本体２の各コーナ寄りの位置に形成されている。かかる４個の段部３０は、平面視で長方形を呈し、同じ長方形の底面３１、平面視がコ字形の側壁３２、およびキャビティ５の側面６に角形に張り出した開口部３２をそれぞれ対称に有している。各底面３１および各側壁３２には、セラミックなどが露出している。

更に、配線基板１ｅは、図１１に示すように、前記同様の基板本体２、キャビティ５、および、メッキ層８を含む光反射層Ｈを備えると共に、キャビティ５の側面６と基板本体２の表面３との間にまたがって４個の段部３４が等間隔で且つ基板本体２の各コーナ寄りの位置に形成されている。かかる４個の段部３４は、平面視で台形を呈し、同じ台形の底面３５、平面視が底広形（鳩尾形）の側壁３６、およびキャビティ５の側面６に短辺を含む台形状に張り出した開口部３７をそれぞれ対称に有している。各底面３５および各側壁３７には、セラミックなどが露出している。
尚、光反射層Ｈを構成する反射用メッキ層８、Ｎｉメッキ層、および前記金属層９は、前記図４で示したように、段部２４，３０，３４の各底面２５，３１，３５における開口部２７，３３，３７寄りの位置を覆う形態としたり、あるいは、キャビティ５の底面７に沿って延びた形態としても良い。

以上のような配線基板１ｃ〜１ｅにおいても、前記同様にキャビティ５に充填され且つ固化される前記封止用樹脂Ｊが前記発光素子Ｌを封止し、且つ当該発光素子Ｌから発光され且つ光反射層Ｈのメッキ層８で反射した光を外部に放射する。しかも、かかる封止用樹脂Ｊは、キャビティ５の底面７と共に、４個ずつの段部２４，３０，３４における各底面２５，３１，３５と各側壁２７，３３，３７、少なくとも各側壁２７，３３，３７に接触して固化するので、これらに露出するセラミックなどと強固に密着する。従って、配線基板１ｃ〜１ｅによっても、封止用樹脂Ｊがキャビティ５から剥離しにくく、発光素子Ｌやボンディングワイヤが引き剥がれなくなるため、発光素子Ｌからの光を光反射層Ｈで効率良く反射し且つ外部に放出することが可能となる。
尚、段部２０，２４，３０，３４は、前記形態の４個ずつに限らず、５個または６個以上を等間隔またはほぼ等間隔にして、キャビティ５の側面６と基板本体２の表面３との間にまたがるコーナ部に沿って形成しても良い。

図１２は、別異な参考形態の配線基板１ｆを示す平面図、図１３は、図１２中のＶ−Ｖ線の矢視に沿った断面図である。
配線基板１ｆは、図１２，図１３に示すように、前記同様の基板本体２と、その表面に開口し平面視が円形で且つ全体が円柱形を呈するキャビティ４０と、かかるキャビティ４０の垂直な側面４２に形成されたＡｇなどの反射用メッキ層８、前記Ｎｉメッキ層、および金属層９から構成される光反射層Ｈと、を備えている。

図１２，図１３に示すように、キャビティ４０の側面４２と基板本体２の表面３にまたがって、リング状の前記段部１０が形成され、その底面１１および側壁１２には、セラミックまたはガラス−セラミックが露出している。また、キャビティ４０の底面上の中央付近には、発光素子Ｌが前記同様に実装可能である。
更に、図１３中の一点鎖線で示すように、封止用樹脂Ｊは、キャビティ４０の底面４１と共に、段部１０における底面１１および側壁１２、少なくとも各側壁１２に接触して固化するので、これらに露出するセラミックなどと強固に密着する。

従って、配線基板１ｆによっても、封止用樹脂Ｊがキャビティ４０から剥離しにくく、発光素子Ｌおよび図示しないボンディングワイヤが引き剥がれなくなるため、発光素子Ｌからの光を光反射層Ｈで効率良く反射し且つ外部に放出することが可能となる。
尚、段部１０に替えて、前記段部１４，２０，２４，３０，３４を、配線基板１ｆにおけるキャビティ４０の側面４２と基板本体２の表面３とのコーナ部に沿って形成しても良い。

図１４は、更に別な参考形態の配線基板５０を示す平面図、図１５は、図１４中のＵ−Ｕ線の矢視に沿った断面図である。
配線基板５０は、図１４，図１５に示すように、平面視が長方形で表面５３と裏面５４との間に所要の厚みを有するセラミックまたはガラス−セラミック（絶縁材）からなる基板本体５２と、その表面５３に開口するキャビティ５５と、を備えている。キャビティ５５は、平面視にて長円形の底面５７と、その周辺から傾斜して立ち上がる側面５６とからなり、かかる側面５６の外形は、平面視で各コーナにアールを付したほぼ長方形を呈すると共に、一対ずつの長辺と短辺との各接続部には約４分の１の円錐形部５８をそれぞれ位置している。当該キャビティ５５の側面５６には、前記同様のＡｇなどからなるメッキ層８、前記Ｎｉメッキ層、および金属層９から構成される光反射層Ｈが全面に形成されている。

図１４，図１５に示すように、キャビティ５５の側面５６のうち左右一対の長辺と、基板本体５２の表面５３との間にまたがって、一対の段部６０が対称に形成されている。かかる段部６０は、平面視でほぼ細長い弓形の底面６１と、四隅が対称にカーブしたほぼ長方形の垂直な側壁６２とからなる。尚、側面５６のうち上下一対の短辺は、その上端で側壁６２の各短辺と垂直に連なっている。
以上のような配線基板５０では、図１５に示すように、キャビティ５５の底面５７上に発光素子Ｌを実装した後、当該キャビティ５５に前記封止用樹脂Ｊを充填し、図１５中の一点鎖線で示すように、かかる封止用樹脂Ｊを、基板本体５２の表面５３と面一になるように固化させる。この封止用樹脂Ｊも、前記同様に上記発光素子Ｌを封止し且つ当該発光素子Ｌから発光され且つ光反射層Ｈの反射用メッキ層８で反射した光を、透過させて外部に放射する。

しかも、封止用樹脂Ｊは、キャビティ５５の底面５７と共に、一対の段部６０における各底面６１および各側壁６２、少なくとも各側壁６２に接触して固化しているので、これらに露出するセラミックなどと強固に密着する。
従って、配線基板５０によっても、封止用樹脂Ｊがキャビティ５５から剥離しにくく、発光素子Ｌおよび図示しないボンディングワイヤが引き剥がれなくなるため、発光素子Ｌからの光を光反射層Ｈで効率良く反射し且つ外部に放出することが可能となる。
尚、段部６０に替えて、前記複数個からなる段部２０，２４，３０，３４を、配線基板５０におけるキャビティ５５の側面５６と基板本体５２の表面５３とのコーナ部に沿って形成しても良い。

本発明は、以上において説明した各形態に限定されるものではない。
前記基板本体２，５２を形成する絶縁材であるセラミックは、例えばムライトや窒化アルミニウムを主成分とするものとしても良い。
また、前記基板本体２，５２を形成する絶縁材をエポキシ系樹脂などとしても良く、かかる樹脂の薄板または金属の薄板の表面上に、例えばエポキシ系樹脂からなる複数層の樹脂絶縁層を順次積層し、公知のフォトリソグラフィ技術によって、比較的上方の各樹脂絶縁層にキャビティを形成し、その側面および底面に沿って連続する前記金属層をメッキで形成しても良い。

更に、キャビティの形状は、前記各形態に限らず、平面視で正方形または長方形とし且つこれらの四隅に導電性ペーストを円弧形に充填すると共に、これらの側面に光反射層の金属層やメッキ層などを形成するようにしても良い。
加えて、前記配線基板は、１個の配線基板の表面に開口するキャビティを複数としたり、単一のキャビティの底面に複数の実装エリアを配置し、これらに発光素子を個別に実装する形態とすることも可能である。

本発明の前提となる参考形態の配線基板を示す平面図。 図１中のＸ−Ｘ線の矢視に沿った断面図。 図２中における光反射層の付近を拡大した部分断面図。 本発明の配線基板における上記光反射層を示す部分断面図。 異なる参考形態の配線基板を示す平面図。 図５中のＹ−Ｙ線の矢視に沿った断面図。 更に異なる参考形態の配線基板を示す平面図。 図７中のＺ−Ｚ線の矢視に沿った断面図。 図７の配線基板の変形である参考形態を示す部分平面図。 図７の配線基板の異なる変形である参考形態を示す部分平面図。 図７の配線基板の更に異なる変形である参考形態を示す部分平面図。 別異な参考形態の配線基板を示す平面図。 図１２中のＶ−Ｖ線の矢視に沿った断面図。 更に別なる参考形態の配線基板を示す平面図。 図１４中のＵ−Ｕ線の矢視に沿った断面図。

１……………………配線基板
２……………………基板本体
３……………………表面
４……………………裏面
５……………………キャビティ
６……………………側面
７……………………底面
８……………………メッキ層
９……………………金属層
１０…………………段部
１１…………………底面
１２…………………側壁
Ｈ……………………光反射層
Ｌ……………………発光素子

Claims (1)

1. 表面および裏面を有し且つ絶縁材からなる基板本体と、
   上記基板本体の表面に開口し且つ底面に発光素子が実装されるキャビティと、
   平面視において上記キャビティの側面と基板本体の表面との間における全周に沿って形成された段部と、を含み、
   上記キャビティの側面および段部の底面の一部には、上記発光素子の光を反射する光反射層が連続して形成され、
   上記段部における底面の残部と該段部の側壁とに上記絶縁材が露出している、
   ことを特徴とする配線基板。

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