JP5643040B2 - Piezoelectric oscillator - Google Patents
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Description
本発明は、電子機器等に用いられる圧電発振器に関する。 The present invention relates to a piezoelectric oscillator used in an electronic device or the like.
従来より、携帯用の電子機器には、各種圧電発振器が用いられている。
図6及び図7に示すように、従来の圧電発振器200は、素子搭載部材210、圧電振動素子220、集積回路素子230、蓋部材250から主に構成されている。素子搭載部材210は、基板部211と、第一の枠部212と、第二の枠部213で構成される。素子搭載部材210を構成する基板部211と第一の枠部212と第二の枠部213は、例えば、ガラス−セラミックス、アルミナセラミックス等のセラミック材料からなる。
また、基板部211は、一方の主面に圧電振動素子220を搭載するための圧電振動素子搭載パッド217が配置され、他方の主面に集積回路素子230を搭載するための集積回路素子搭載パッド218と集積回路素子搭載パッド218に接続される配線パターン214が配置されている。また、基板部211の内部には、内層配線(図示せず)が設けられ、圧電振動素子搭載パッド217と集積回路素子搭載パッド218とが内層配線(図示せず)を介して接続されている。
Conventionally, various piezoelectric oscillators have been used in portable electronic devices.
As shown in FIGS. 6 and 7, the conventional
Also, the
また、基板部211の一方の主面には、第一の枠部212が形成され、基板部211と第一の枠部212とで第一の凹部K1が形成される。また、第一の凹部K1には、圧電振動素子220が収容される。圧電振動素子220が収容される第一の凹部K1は、第一の枠部212と蓋部材250とで気密封止されている。
また、基板部211の他方の主面には、第二の枠部213が形成され、基板部211と第二の枠部213とで第二の凹部K2が形成される。また、第二の凹部K2には、集積回路素子230が収容される。また、第二の枠部213の四隅は、外部接続用電極端子216を備える構成となっている。外部接続用電極端子216は、第二の枠部213の内部に設けられたビアホール導体219と配線パターン214を介して集積回路素子搭載パッド218と接続されている。
The
Further, a
蓋部材250は、基板部211と第一の枠部212で形成された第一の凹部K1を気密封止している。また、蓋部材250の材質は、42アロイやコバール、リン青銅等からなる。
圧電振動素子220は、圧電素板の両主面に励振用電極(図示せず)と接続用電極(図示せず)を備える構造となっている。また、圧電振動素子220の接続用電極(図示せず)は、導電性接着剤221を介して素子搭載部材210に配置された圧電振動素子搭載パッド217に接続されている。
集積回路素子230は、回路が形成された面に電極パッド234が形成されている。また、図6に示すように、集積回路素子230の電極パッド234は、金バンプ231と半田232が固着されている。集積回路素子230の電極パッド234に固着された金バンプ231と半田232は、加熱工程で溶融し、冷却固化することで、素子搭載部材210に配置された集積回路素子搭載パッド218と接合される。
また、集積回路素子230の電極パッド234と、素子搭載部材210に配置された集積回路素子搭載パッド218との間には、集積回路素子230の回路形成面を保護するための樹脂240が充填されている(例えば、特許文献1参照)。
The
The
In the
A
しかしながら、従来の圧電発振器200は、外部の実装基板からの発熱が外部接続用電極端子216から素子搭載部材210の内部に熱伝導される。このとき、素子搭載部材210に設けられる外部接続用電極端子216から圧電振動素子220が接続される圧電振動素子搭載パッド217までの距離と、外部接続用電極端子216から集積回路素子230が接続される集積回路素子搭載パッド218までの距離とでは、集積回路素子搭載パッド218までの距離が長く形成される。そのため、外部接続用電極端子216からの熱到達時間は、圧電振動素子220に比べ、集積回路素子230への熱到達時間が遅くなる。その結果、集積回路素子230に熱が到達するまでの間は、圧電振動素子220の感知する温度が高く集積回路素子230の感知する温度が低くなるために、圧電振動素子220の温度特性の温度補償を集積回路素子230で正確に行えない場合があった。
However, in the conventional
そこで、本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、外部の実装基板の発熱による外部接続用電極端子から圧電振動素子と集積回路素子への熱到達時間の差を小さくし、圧電振動素子の温度特性の温度補償を集積回路素子で正確に行うことができる圧電発振器を提供することを課題とする。 Therefore, the present invention has been made in view of the above-described problems, and reduces the difference in heat arrival time from the external connection electrode terminal to the piezoelectric vibration element and the integrated circuit element due to heat generated by the external mounting substrate. It is an object of the present invention to provide a piezoelectric oscillator that can accurately perform temperature compensation of temperature characteristics of a vibration element with an integrated circuit element.
本発明の圧電発振器は、基板部と第一の枠部によって基板部の一方の主面に形成された第1の凹部と、前記基板部と第二の枠部によって前記基板部の他方の主面に形成された第2の凹部が設けられた素子搭載部材と、前記第1の凹部内に露出した基板部の一方の主面に設けられた2個一対の圧電振動素子搭載パッドに搭載されている圧電振動素子と、前記第2の凹部内に露出した基板部の他方の主面に設けられた集積回路素子搭載パッドに搭載されている集積回路素子と、前記集積回路素子搭載パッドに接続されている前記基板部の他方の主面に設けられた配線パターンと、前記配線パターンの一部の配線パターンと接続されている前記第二の枠部の内部に設けられたビアホール導体と、前記ビアホール導体と接続されている前記第二の枠部の四隅に形成された外部接続用電極端子と、前記第1の凹部を気密封止する蓋体とを備え、前記集積回路素子搭載パッドに接続されている配線パターンのうち、前記ビアホール導体を介して前記外部接続用電極端子と接続されているすべての配線パターンの幅が、他の配線パターンの幅に比べて大きくなるように形成されていることを特徴とするものである。 The piezoelectric oscillator of the present invention includes a first concave portion formed on one main surface of the substrate portion by the substrate portion and the first frame portion, and the other main portion of the substrate portion by the substrate portion and the second frame portion. Mounted on a pair of piezoelectric vibration element mounting pads provided on one main surface of the substrate portion exposed in the first recess, and an element mounting member provided with a second recess formed on the surface. A piezoelectric vibration element, an integrated circuit element mounted on an integrated circuit element mounting pad provided on the other main surface of the substrate portion exposed in the second recess, and connected to the integrated circuit element mounting pad A wiring pattern provided on the other main surface of the substrate part, a via hole conductor provided in the second frame part connected to a part of the wiring pattern, The second frame portion connected to the via-hole conductor Out of the wiring patterns connected to the integrated circuit element mounting pads, the external connection electrode terminals formed at the four corners and the lid for hermetically sealing the first recess are provided via the via hole conductors. The width of all the wiring patterns connected to the external connection electrode terminal is formed to be larger than the widths of the other wiring patterns.
本発明の圧電発振器は、基板部の他方の主面に設けられた集積回路素子搭載パッドに接続されている配線パターンのうち、ビアホール導体を介して外部接続用電極端子と接続されているすべての配線パターンの幅を、他の配線パターンの幅に比べて大きくなるように形成したことで、熱の伝わる時間を従来よりも短くすることができる。これにより、本発明の圧電発振器は、外部接続用電極端子から基板部の一方の主面に設けられた2個一対の圧電振動素子搭載パッドへの熱到達時間と、外部接続用電極端子から基板部の他方の主面に設けられた集積回路素子搭載パッドへの熱到達時間の差が小さくなり、圧電振動素子と集積回路素子の感知する温度差が小さくなるために集積回路素子で圧電振動素子の正確な温度補償を行うことができる。 The piezoelectric oscillator according to the present invention includes all the wiring patterns connected to the external connection electrode terminals through the via-hole conductors among the wiring patterns connected to the integrated circuit element mounting pads provided on the other main surface of the substrate portion . By forming the width of the wiring pattern so as to be larger than the width of the other wiring patterns, the time during which heat is transmitted can be made shorter than before. As a result, the piezoelectric oscillator of the present invention has the heat arrival time from the external connection electrode terminal to the two piezoelectric vibration element mounting pads provided on one main surface of the substrate portion, and the external connection electrode terminal to the substrate. The difference in heat arrival time to the integrated circuit element mounting pad provided on the other main surface of the portion is reduced, and the temperature difference sensed by the piezoelectric vibration element and the integrated circuit element is reduced, so that the piezoelectric vibration element is used in the integrated circuit element. Accurate temperature compensation can be performed.
以下、本発明の圧電発振器を、添付図面に基づいて詳細に説明する。図1は、本発明の実施形態に係る圧電発振器100の一例を示した断面図である。図1に示すように、圧電発振器100は、素子搭載部材110、圧電振動素子120、集積回路素子130、蓋部材150とで主に構成されている。
Hereinafter, a piezoelectric oscillator of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a cross-sectional view showing an example of a
素子搭載部材110は、基板部111、第一の枠部112、第二の枠部113とから主に構成される。
素子搭載部材110を構成する基板部111と、第一の枠部112と、第二の枠部113は、例えば、ガラス−セラミックス、アルミナセラミックス等のセラミック材料からなる。
The element mounting member 110 is mainly composed of a
The
また、基板部111は、一方の主面に圧電振動素子120を搭載するための2個一対の圧電振動素子搭載パッド117が配置され、他方の主面に集積回路素子130を搭載するための集積回路素子搭載パッド118と集積回路素子搭載パッド118と接続される配線パターン114が配置されている。基板部111の両主面に配置されている圧電振動素子搭載パッド117と、集積回路素子搭載パッド118と、配線パターン114は、例えば、モリブデンメタライズ上にニッケルメッキ、金メッキが施されて形成されている。
また、基板部111の他方の主面の集積回路素子搭載パッド118は、例えば5行2列に10個配置されている。図1では、例えば、集積回路素子搭載パッド118の1列5個分の断面図を示している。素子搭載部材110に配置された集積回路素子搭載パッド118は、後述する集積回路素子130の電極パッド134が金バンプ131と半田132を介して接合される。また、基板部111の内部には、内層配線(図示せず)が設けられ、圧電振動素子搭載パッド117と集積回路素子搭載パッド118とが内層配線(図示せず)を介して接続されている。また、集積回路素子搭載パッド118の10個のうちの4個は、配線パターン114と第二の枠部113の内部に設けられたビアホール導体119を介して第二の枠部113の四隅に形成された外部接続用電極端子116と接続されている。
Further, the
Further, ten integrated circuit
また、基板部111の一方の主面には、第一の枠部112が形成され、基板部111と第一の枠部112とで第一の凹部K1が形成される。また、第一の凹部K1には、圧電振動素子120が収容される。圧電振動素子120が収容される第一の凹部K1は、第一の枠部112と蓋部材150とで気密封止されている。
Further, the
また、基板部111の他方の主面には、第二の枠部113が形成され、基板部111と第二の枠部113とで第二の凹部K2が形成される。また、第二の凹部K2には、集積回路素子130が収容される。また、第二の枠部113の四隅は、外部接続用電極端子116を備える構成となっている。また、第二の枠部113の四隅に形成された外部接続用電極端子116は、それぞれVCC端子、VCON端子、OUT端子、グランド端子として機能している。
Further, a
蓋部材150は、基板部111と第一の枠部112で形成された第一の凹部K1を気密封止している。また、蓋部材150の材質は、42アロイやコバール、リン青銅等からなる。
The
圧電振動素子120は、圧電素板の両主面に励振用電極(図示せず)と接続用電極(図示せず)を備える構造となっている。また、圧電振動素子120の接続用電極(図示せず)は、導電性接着剤121を介して素子搭載部材110に配置された圧電振動素子搭載パッド117に接続されている。また、圧電振動素子120は、所定の結晶軸でカットした圧電素板に外部からの変動電圧が一対の接続用電極と励振用電極を介して圧電素板に印加されると、所定の周波数で厚みすべり振動を起こすようになっている。また、圧電素板としては、例えば水晶が用いられる。
The
集積回路素子130は、少なくとも発振回路を備える構成となっている。また、集積回路素子130は、回路が形成された面に電極パッド134が形成されている。電極パッド134は、素子搭載部材110に配置された集積回路素子搭載パッド118に、半田132と金バンプ131を介して接合されている。また、集積回路素子130の電極パッド134は、集積回路素子130の回路が形成された面に、例えば5行2列に10個配置されている。尚、図1では、集積回路素子130の電極パッド134の1列5個分の断面図を示している。また、集積回路素子130の電極パッド134と、素子搭載部材110に配置された集積回路素子搭載パッド118と配線パターン114の間には、樹脂140が充填されている。
The
ここで本発明は、集積回路素子130が搭載される基板部111の他方の主面の集積回路素子搭載パッド118と接続される配線パターン114のうち、第二の枠部113の内部に設けられたビアホール導体119を介して外部接続用電極端子116に接続されている配線パターン114の幅を、他の配線パターン114の幅に比べて大きく形成している。ここで、他の配線パターン114とは、第二の枠部113の内部に設けられたビアホール導体119に接続されていない配線パターン114のことをいう。具体的には、第二の枠部113の内部に設けられたビアホール導体119を介して外部接続用電極端子116に接続されている配線パターン114が、隣接する集積回路素子搭載パッド118や配線パターン114とショート等の電気的影響がないように、例えば100μm程度の間隔で形成されている。その実施例を図2に示す。ここで、図2に示すように、本発明の圧電発振器100は基板部111の他方の主面の集積回路素子搭載パッド118に接続される配線パターン114のうち、第二の枠部113の内部に設けられたビアホール導体119を介して第二の枠部113の四隅に形成された外部接続用電極端子116に接続されている配線パターン114の4個全ての幅を大きくしている。図2に示すように、本発明の圧電発振器100の配線パターン114は、一方を基板部111の他方の主面の集積回路素子130を搭載するための集積回路素子搭載パッド118と、他方を第二の枠部113の内部に形成されるビアホール導体119に接続されている。また、図7に示すように、従来の圧電発振器の200の配線パターン214は、一方を基板部211の他方の主面の集積回路素子230を搭載するための集積回路素子搭載パッド218と、他方を第二の枠部213の内部に形成されるビアホール導体219に接続されている。図7に示す従来例では、例えば、集積回路素子搭載パッド218の幅が概略200μm程度であり、配線パターン214の幅が概略150μm程度である。
Here, the present invention is provided inside the
本発明の圧電発振器100は、図2に示すように、基板部111の他方の主面の集積回路素子搭載パッド118に接続される配線パターン114のうち、第二の枠部113の内部に設けられたビアホール導体119を介して第二の枠部113の四隅に形成された外部接続用電極端子116に接続されている配線パターン114の幅を他の配線パターン114の幅に比べて大きく形成したことで、外部接続用電極端子116から集積回路素子搭載パッド118までの熱到達時間を短くすることができる。即ち、従来の場合の図7は、第二の枠部213の内部に設けられたビアホール導体219から基板部211の他方の主面の配線パターン214を経由して集積回路素子搭載パッド218への熱経路が曲がった経路になっている。これに対し、本発明の図2は、第二の枠部113の内部に設けられたビアホール導体119を介して外部接続用電極端子116に接続されている基板部111の他方の主面の配線パターン114の幅を他の配線パターン114の幅に比べて大きくすることで、ビアホール導体119から集積回路素子搭載パッド118への熱経路を最短経路になるようにしている。よって、図2の配線パターン114は、第二の枠部113の内部に設けられたビアホール導体119を介して外部接続用電極端子116に接続されている基板部111の他方の主面の配線パターン114の幅を大きくすることで、第二の枠部113の内部に設けられたビアホール導体119から集積回路素子搭載パッド118への熱経路が従来の図7の配線パターン214に比べ短くなっている。
As shown in FIG. 2, the
次に、本発明の第1の変形例について説明する。図3に示すように、本発明の第1の変形例は、第二の枠部113の内部に設けられたビアホール導体119を介して外部接続用電極端子116に接続される基板部111の他方の主面の4個の配線パターン114のうち、3個の配線パターン114の幅を大きくした場合である。これにより、外部接続用電極端子116に接続されている3個の配線パターン114は、外部接続用電極端子116から第二の枠部113の内部に設けられたビアホール導体119を介して基板部111の他方の主面の集積回路素子搭載パッド118までの熱到達時間を短くすることができる。また、前述の外部接続用電極端子116に接続されている3個の配線パターン114は、図3の配置に限定されない。例えば図3は、基板部111の他方の主面の右上の配線パターン114を図7の従来例の配線パターン214と同一にしているが、これに代えて図3の右下を従来例の図7と同一にしてもよい。図3に示す第1の変形例においても、本発明の実施形態と同様の効果を奏する。
Next, a first modification of the present invention will be described. As shown in FIG. 3, the first modification of the present invention is the other of the
また、本発明の第2の変形例について説明する。図4に示すように、本発明の第2の変形例は、第二の枠部113の内部に設けられたビアホール導体119を介して外部接続用電極端子116に接続される基板部111の他方の主面の4個の配線パターン114のうち、2個の配線パターン114の幅を大きくした場合である。これにより、外部接続用電極端子116に接続されている2個の配線パターン114は、外部接続用電極端子116から第二の枠部113の内部に設けられたビアホール導体119を介して基板部111の他方の主面の集積回路素子搭載パッド118までの熱到達時間を短くすることができる。また、前述の外部接続用電極端子116に接続されている2個の配線パターン114は、図4の配置に限定されない。例えば図4は、基板部111の他方の主面の右側の2個の配線パターン114を図7の従来例の配線パターン214と同一にしているが、これに代えて図4の左側の2個の配線パターン114を従来例の図7と同一にしてもよい。図4に示す第2の変形例においても、本発明の実施形態と同様の効果を奏する。
A second modification of the present invention will be described. As shown in FIG. 4, the second modification of the present invention is the other of the
また、本発明の第3の変形例について説明する。図5に示すように、本発明の第3の変形例は、第二の枠部113の内部に設けられたビアホール導体119を介して外部接続用電極端子116に接続される基板部111の他方の主面の4個の配線パターン114のうち、1個の配線パターン114の幅を大きくした場合である。これにより、外部接続用電極端子116に接続されている1個の配線パターン114は、外部接続用電極端子116から第二の枠部113の内部に設けられたビアホール導体119を介して基板部111の他方の主面の集積回路素子搭載パッド118までの熱到達時間を短くすることができる。また、前述の外部接続用電極端子116に接続されている1個の配線パターン114は、図5の配置に限定されない。例えば図5は、基板部111の他方の主面の左上の配線パターン114を大きくしているが、これに代えて図5の左下の配線パターン114を大きくしてもよい。図5に示す第3の変形例においても、本発明の実施形態と同様の効果を奏する。
A third modification of the present invention will be described. As shown in FIG. 5, the third modification of the present invention is the other of the
本発明における図2〜図5と従来例の図7を比較すると、図2〜図5は、第二の枠部113の内部に設けられたビアホール導体119を介して外部接続用電極端子116に接続される基板部111の他方の主面の配線パターン114の幅を大きくすることで、第二の枠部113の内部に設けられたビアホール導体119から基板部111の他方の主面の配線パターン114の集積回路素子搭載パッド118への熱経路が短くなっている。即ち、従来の場合の図7は、第二の枠部213の内部に設けられたビアホール導体219から基板部211の他方の主面の配線パターン214の集積回路素子搭載パッド218への熱経路が曲がった熱経路になっている。そのため、従来の配線パターン214は、外部接続用電極端子216から第二の枠部213の内部に設けられたビアホール導体219を介して基板部211の他方の主面の集積回路素子搭載パッド218への熱到達時間が長くなる構造となっている。よって、本発明の配線パターン114は、従来の配線パターン214に比べ、外部接続用電極端子116から第二の枠部113の内部に設けられたビアホール導体119を介して基板部111の他方の主面の集積回路素子搭載パッド118への熱経路を短くできる。これにより、本発明の圧電発振器100は、外部接続用電極端子116から第二の枠部113の内部に設けられたビアホール導体119を介して集積回路素子搭載パッド118までの熱到達時間を短縮することができる。
2 to FIG. 5 in the present invention and FIG. 7 of the conventional example, FIG. 2 to FIG. 5 are connected to the external
さらに、本発明の圧電発振器100は、ビアホール導体119を介して外部接続用電極端子116に接続される配線パターン114の幅を大きくすることで、外部接続用電極端子116から配線パターン114を伝わる熱量を大きくできる。これにより、本発明の圧電発振器100の配線パターン114は、外部接続用電極端子116からビアホール導体119を介して、集積回路素子搭載パッド118への伝熱量を従来の配線パターン214に比べ大きくできる。よって、本発明の圧電発振器100は、外部接続用電極端子116から第二の枠部113の内部に設けられたビアホール導体119を介して集積回路素子搭載パッド118までの熱到達時間を短縮することができる。
Furthermore, the
以上より、本発明の圧電発振器100は、基板部111の他方の主面に設けられた集積回路素子搭載パッド118に接続されている配線パターン114のうち、ビアホール導体119を介して外部接続用電極端子116と接続されている配線パターン114の幅を、他の配線パターン114の幅に比べて大きくなるように形成したことで、外部接続用電極端子116から基板部111の一方の主面に設けられた2個一対の圧電振動素子搭載パッド117への熱到達時間と、外部接続用電極端子116から基板部111の他方の主面に設けられた集積回路素子搭載パッド118への熱到達時間の差が小さくなり、圧電振動素子120と集積回路素子130の感知する温度差が小さくなるために集積回路素子130で圧電振動素子120の正確な温度補償を行うことができる。
As described above, the
また、前記した実施形態以外にも、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更、改良等が可能である。例えば、前記実施形態に示した圧電発振器100の第一の凹部K1に搭載される圧電振動素子120は、平面視矩形状の圧電素板の両主面に励振用電極と接続用電極を備える構造を示したが、これに限定することなく、例えば、平面視形状が円形や、音叉形の圧電素板に各種電極を設けた形態の圧電振動素子でもよく、又圧電振動素子に変えて弾性表面波素子を用いても構わない。
In addition to the above-described embodiments, various changes and improvements can be made without departing from the scope of the present invention. For example, the
100・・・圧電発振器
110・・・素子搭載部材
111・・・基板部
112・・・第一の枠部
113・・・第二の枠部
114・・・配線パターン
116・・・外部接続用電極端子
117・・・圧電振動素子搭載パッド
118・・・集積回路素子搭載パッド
119・・・ビアホール導体
120・・・圧電振動素子
121・・・導電性接着剤
130・・・集積回路素子
131・・・金バンプ
132・・・半田
134・・・電極パッド
140・・・樹脂
150・・・蓋部材
K1・・・第一の凹部
K2・・・第二の凹部
DESCRIPTION OF
Claims (1)
前記第1の凹部内に露出した基板部の一方の主面に設けられた2個一対の圧電振動素子搭載パッドに搭載されている圧電振動素子と、
前記第2の凹部内に露出した基板部の他方の主面に設けられた集積回路素子搭載パッドに搭載されている集積回路素子と、
前記集積回路素子搭載パッドに接続されている前記基板部の他方の主面に設けられた配線パターンと、
前記配線パターンの一部の配線パターンと接続されている前記第二の枠部の内部に設けられたビアホール導体と、
前記ビアホール導体と接続されている前記第二の枠部の四隅に形成された外部接続用電極端子と、
前記第1の凹部を気密封止する蓋体とを備え、
前記集積回路素子搭載パッドに接続されている配線パターンのうち、前記ビアホール導体を介して前記外部接続用電極端子と接続されているすべての配線パターンの幅が、他の配線パターンの幅に比べて大きくなるように形成されている
ことを特徴とする圧電発振器。 A first recess formed on one main surface of the substrate portion by the substrate portion and the first frame portion, and a second formed on the other main surface of the substrate portion by the substrate portion and the second frame portion. An element mounting member provided with a recess of
A piezoelectric vibration element mounted on two pairs of piezoelectric vibration element mounting pads provided on one main surface of the substrate portion exposed in the first recess;
An integrated circuit element mounted on an integrated circuit element mounting pad provided on the other main surface of the substrate portion exposed in the second recess;
A wiring pattern provided on the other main surface of the substrate portion connected to the integrated circuit element mounting pad;
A via-hole conductor provided inside the second frame portion connected to a part of the wiring pattern of the wiring pattern;
External connection electrode terminals formed at the four corners of the second frame portion connected to the via-hole conductor,
A lid for hermetically sealing the first recess,
Of the wiring patterns connected to the integrated circuit element mounting pad, the widths of all the wiring patterns connected to the external connection electrode terminals via the via-hole conductors are larger than the widths of other wiring patterns. A piezoelectric oscillator characterized by being formed to be large.
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