JP6364184B2 - プリント配線板 - Google Patents

Description

本発明は、プリント配線板に関する。

近年、金属箔（薄膜パターン）によってアンテナ等の高周波回路を絶縁基板の上に形成し、マイクロ波領域（１〜３０ＧＨｚ）やミリ波領域（３０〜３００ＧＨｚ）の周波数帯に対応できるプリント配線板の開発が進められている。このようなプリント配線板として、誘電特性の優れたフッ素樹脂による絶縁基板に、金属箔（例えば銅箔）を接着して構成したものが知られている。

絶縁基板に対する金属箔の接着力は、主として金属箔の接着面における凹凸による投錨効果により得られ、この凹凸（表面粗さ）が大きいほど高い接着力（高い剥離強度）が得られる。このため、従来では、金属箔の接着面に粗化処理や黒化処理が施されていた。
しかし、金属箔の接着面を粗くすると、伝送損失が大きくなり、特に高周波領域では表皮効果により電流が表層に集中することから、表層での抵抗が大きくなって、プリント配線板としての特性を低下させてしまう。

そこで、接着面に粗化処理や黒化処理を施さないで金属箔の接着強度を高めるために、例えば特許文献１に記載のプリント配線板が提案されている。このプリント配線板は、繊維質補強材にＰＴＦＥを含浸させてプリプレグを形成し、このプリプレグと金属箔とを樹脂フィルムを介して接着させている。そして、この特許文献１では、前記樹脂フィルムとして、ＬＣＰ（液晶ポリマー）とＰＦＡとによる複合フィルムが採用されており、粗化処理等がされていない平滑面を有する金属箔を、前記複合フィルムを介してプリプレグに接着させている。

特開２００７−９８６９２号公報

前記特許文献１に記載の構成を備えたプリント配線板によれば、金属箔の剥離強度を高めることができると共に、金属箔には粗化処理や黒化処理が施されていないことから、高周波帯域での使用に好適なものとなる。

そこで、特許文献１に記載の発明と同様に、本発明は、金属箔の剥離強度を確保しつつ高周波での使用を好適とすると共に、プリプレグにおいても新たな技術的手段を備えさせてプリント配線板の機能をより高めることを目的とする。

（１）本発明は、繊維質補強材にフッ素樹脂を含浸させてなるプリプレグと、このプリプレグに積層されているＰＦＡを含む層と、この層上に設けられている金属箔と、を備え、前記プリプレグ及び前記層により構成される誘電体の主成分をＰＦＡとするプリント配線板であって、前記プリプレグには前記フッ素樹脂としてＰＦＡの他にＰＴＦＥが含まれていることを特徴とする。

なお、前記ＰＦＡ、前記ＰＴＦＥは、次のとおりである。
・ＰＦＡ：テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体
・ＰＴＦＥ：ポリテトラフルオロエチレン

プリプレグを形成するために、フッ素樹脂のディスパージョン（分散液：フッ素樹脂の微粒子を液体に分散させた分散液）を繊維質補強材に含浸させるが、本発明によれば、このフッ素樹脂にはＰＦＡの他にＰＴＦＥが含まれることで、プリプレグにシワが生じにくくなる。なお、プリプレグにシワが生じると、その上に設けられるＰＦＡを含む層、及び金属箔に対して前記シワの影響を与えてしまい、プリント配線板の品質を低下させるおそれがある。

更に、シワが生じにくくするためにプリプレグにはＰＴＦＥが含まれているが、ＰＴＦＥは金属箔との接着性が好ましくない。しかし、このプリプレグと金属箔との間にＰＦＡを含む層が介在することで、金属箔の接着面を粗化処理や黒化処理しなくても、又は低粗度の粗化処理しか施さなくても、その剥離強度を確保することができる。そして、金属箔の接着面に粗化処理等を施す必要がないことから、金属箔における伝送損失の低下を防ぐことができ、高周波領域においても良好に使用することができる。

（２）また、前記誘電体に含まれるＰＦＡの体積比は、７０％以上であり９０％以下であるのが好ましく、これにより、誘電体の主成分をＰＦＡとしたプリント配線板となる。
（３）また、前記プリプレグに含まれるＰＦＡとＰＴＦＥとの体積比は、１：１であるのが好ましく、これにより前記プリプレグと前記層との間における剥離強度を向上させることができる。

本発明によれば、金属箔の剥離強度を確保しつつ高周波での使用を好適とすると共に、プリプレグにはフッ素樹脂としてＰＦＡの他にＰＴＦＥが含まれることで、プリプレグにシワが生じにくくなる。この結果、プリプレグの上に設けられる層においてもシワの発生を防ぎ、金属箔による所定形状の導体パターンを形成しやすくなり、プリント配線板の品質を向上させることが可能となる。

本発明のプリント配線板の一部を示す断面図である。 実施例と従来例との構成、及び各種の試験結果をまとめた表である。 従来のプリント配線板の一部を示す断面図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明のプリント配線板の一部を示す断面図である。このプリント配線板５は、プリプレグ１０と、このプリプレグ１０の上に設けられる層と、金属箔３０とを備えている。本実施形態では、プリプレグ１０の上に設けられる前記層は、樹脂製フィルム２０であり、一層のプリプレグ１０を中間層として、その両側にフィルム２０，２０が積層され、更に、これらフィルム２０，２０の表面に金属箔３０が積層されている。なお、図示しないが、プリプレグ１０の片側にのみフィルム２０及び金属箔３０を形成したプリント配線板であってもよい。

プリプレグ１０は、繊維質補強材１１にフッ素樹脂１２を含浸させてなる。本実施形態では、繊維質補強材１１として、ガラス織布（例えば、Ｅガラス（アルミナ棚珪酸ガラス）クロス）が使用されている。なお、繊維質補強材１１は、ガラス織布の他に、ガラス不織布やアラミド不織布等であってもよい。
そして、この繊維質補強材１１に含浸させるフッ素樹脂１２は、ＰＦＡ（テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体）及びＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）である。繊維質補強材１１に対するフッ素樹脂１２の含浸は、両面に各１回行われる。ただし、プリプレグ１０が所定の厚さを有するように、複数回繰り返し行われるようにしてもよい。

フィルム２０は、このプリプレグ１０に積層されており、ＰＦＡを含む。本実施形態のフィルム２０は、ＰＦＡとＬＣＰ（液晶ポリマー）を含むフィルム（ＰＦＡ系のフィルム）である。以下において、このフィルム２０を、ＬＣＰ／ＰＦＡ複合フィルム２０ということもある。
ＬＣＰ／ＰＦＡ複合フィルム２０は、金属箔３０とプリプレグ１０とを接着させるためのフィルムとして機能している。フィルム２０は、例えば、官能基を有するＰＦＡ（１〜２０体積％）及びＬＣＰ（１〜１５体積％）と、官能基を有しないＰＦＡ（６５〜９８体積％）との混合物をフィルム状に押し出し成形して得られるものである。フィルム２０の厚さ（１層の厚さ）は例えば１０〜１００μｍ程度であり、プリント配線板５では、このフィルム２０を１層又は複数層について積層する。ここで、後述するように、誘電体７に含まれるＰＦＡの体積比を高くするためにＬＣＰ／ＰＦＡ複合フィルム２０の厚みをプリプレグ１０の厚み（≒繊維質補強材１１の厚み）よりも大きくするとよい。
なお、官能基を有するＰＦＡは、側鎖官能基又は側鎖に結合した官能基を有するＰＦＡを意味し、官能基にはエステル、アルコール、酸（炭酸、硫酸、燐酸を含む）、塩及びこれらのハロゲン化合物が含まれる。その他の官能基には、シアネード、カーバメート、ニトリル等が含まれる。

金属箔３０は、このフィルム２０上に設けられている。つまり、金属箔３０は、プリプレグ１０の両面にフィルム２０（フィルム２０の層）を介して接着される。本実施形態では、金属箔３０は銅箔からなり、特に、表面粗さ（ＪＩＳ−Ｂ−０６０１に規定された中心線平均粗さ）Ｒａが０．２μｍ以下である未粗化処理が施された銅箔、又は、表面粗さ（ＪＩＳ−Ｂ−０６０１に規定された十点平均粗さ）Ｒｚの最大値が５μｍ以下である低粗度の粗化処理が施された銅箔（ＪＩＳ−Ｃ−６５１５の種類がＶのもの）である。例えば、両面が粗化処理又黒化処理されていない平滑面をなす銅箔（圧延銅箔）が使用される。なお、金属箔３０の材質は銅以外であってもよい。

そして、フィルム２０を介して金属箔３０を積層したプリプレグ１０を構成基材として、その金属箔３０に所定の導体パターンを形成しプリント配線板５が得られる。プリプレグ１０の両面側に導体パターンを形成する場合、両面プリント配線板となる。本実施形態では、構成基材に１層のプリプレグ１０が含まれる場合について説明したが、プリプレグ１０を複数枚積層してなる積層プリプレグを含む構成基材であってもよい。

このプリント配線板５の製造方法について説明する。
繊維質補強材１１にフッ素樹脂１２を含浸させてなるプリプレグ１０と、両面が粗化処理及び黒化処理されていない平滑面をなす又は低粗度の粗化処理されている金属箔３０とを、ＬＣＰ／ＰＦＡ複合フィルム２０を介して、加熱及び加圧することにより接着する。なお、この際、ＰＦＡの融点より５℃〜４０℃高く、かつ、ＬＣＰの融点より低い温度条件で加熱及び加圧する。例えば、ＬＣＰ／ＰＦＡ複合フィルム２０によるプリプレグ１０と金属箔３０とを接着するための焼成温度（成形温度）は３００℃〜３４５℃である。つまり、プリプレグ１０、ＬＣＰ／ＰＦＡ複合フィルム２０及び金属箔３０を図１に示すように積層し、この積層体を３００℃〜３４５℃の条件で焼成、加圧成形する。これにより、金属箔３０は、ＬＣＰ／ＰＦＡ複合フィルム２０を介してプリプレグ１０の両面に接着され、各層は一体化する。
このようにしてプリプレグ１０の両面にＬＣＰ／ＰＦＡ複合フィルム２０を介して金属箔３０を接着してなる積層板を製造し、この積層板の金属箔３０に所定の導体パターンを形成し、プリント配線板５とする。なお、導体パターンの形成は、サブトラクティブ法等の周知の手法により行なわれる。

プリプレグ１０は、繊維質補強材１１にフッ素樹脂１２（ＰＦＡ及びＰＴＦＥ）のディスパージョン（分散液：ＰＦＡ及びＰＴＦＥの微粒子を液体に分散させた分散液）を含浸する工程と、これを前記フッ素樹脂１２の融点より低温で乾燥させる工程と、これを前記フッ素樹脂１２の融点に近い温度で熱する（焼き付ける）工程とを経て作製される。必要に応じてこれらの工程を、交互に繰り返すことにより作製してもよい。

以上のように、本実施形態のプリント配線板５は、繊維質補強材１１にフッ素樹脂１２を含浸させてなるプリプレグ１０と、このプリプレグ１０に積層されているＬＣＰ／ＰＦＡ複合フィルム２０と、このフィルム２０上に設けられている金属箔３０とを備えている。そして、プリプレグ１０及びフィルム２０により構成される誘電体７の主成分はＰＦＡとなっている。また、プリプレグ１０には前記フッ素樹脂１２としてＰＦＡの他にＰＴＦＥが含まれている。

このプリント配線板５によれば、プリプレグ１０を形成するために、フッ素樹脂１２のディスパージョンを繊維質補強材１１に含浸させるが、プリプレグ１０を構成するフッ素樹脂１２にはＰＦＡの他にＰＴＦＥが含まれることで、プリプレグ１０にシワが生じにくくなる。なお、プリプレグ１０にシワが生じると、その上に設けられるフィルム２０、及び金属箔３０に対して前記シワの影響を与えてしまい、プリント配線板５の品質を低下させるおそれがある。例えば、プリプレグ１０のシワによってフィルム２０の表面にもシワが生じると、パターン形成用のマスクを貼り付けにくくなる等の不具合が起こる。

前記のとおり、プリプレグ１０を構成するフッ素樹脂１２にＰＦＡの他にＰＴＦＥが含まれることで、プリプレグ１０にシワが生じにくくなる理由は、次のとおりであると推測される。すなわち、ＰＦＡよりもＰＴＦＥの方が、熱膨張係数（線膨張係数）が低いため、ＰＴＦＥが含まれることにより、プリプレグ１０の製造時の加熱から冷却の過程で収縮が生じにくくなり、このように収縮が低減されることで、しわが発生しにくくなるためであると推測される。

なお、プリプレグ１０に含まれるフッ素樹脂１２がＰＴＦＥのみである場合、接着性が悪く、層間剥離が発生するおそれがある。また、プリプレグ１０に含まれるフッ素樹脂１２がＰＦＡのみである場合、プリプレグ１０にシワが発生したり、繊維質補強材１１の繊維間にフッ素樹脂１２が埋まりにくくなる。しかし、本実施形態のように、フッ素樹脂１２としてＰＴＦＥ及びＰＦＡが含まれることで、ＰＴＦＥは高温時に機械的強度が高く、また、流動性が低いが、ＰＦＡは流動性が高いため、このＰＦＡの流動性を利用してＰＴＦＥを繊維間に運びやすくすることができる。

更に、前記のとおり、プリプレグ１０にシワが生じにくくするために、プリプレグ１０にはＰＴＦＥが含まれているが、ＰＴＦＥは、金属箔３０との接着性が好ましくない。しかし、このプリプレグ１０と金属箔３０との間にＬＣＰ／ＰＦＡ複合フィルム２０が介在することで、金属箔３０の接着面３０ａを粗化処理等しなくても、又は低粗度の粗化処理しかしなくても、金属箔３０の剥離強度を確保することができる。そして、金属箔３０の接着面３０ａに粗化処理を施す必要がないか、低粗度の粗化処理しか施す必要がないことから、金属箔３０における伝送損失の低下を防ぐことができ、高周波領域においても良好に使用することができるプリント配線板５が得られる。

前記のとおり、ＬＣＰ／ＰＦＡ複合フィルム２０は、粗化処理又は黒化処理を施さない平滑な金属箔３０に対しても極めて高い接着性を発揮する。その理由は、以下の（１）〜（４）とおりである。
（１）ＬＣＰは溶融状態で液晶性を示すスーパーエンプラであり、耐熱性が高く流動性が良好で固化強度が高いものであるから、ＬＣＰ／ＰＦＡ複合フィルムの溶融時における流動性が一般的な接着用樹脂フィルム（ＰＦＡフィルム等）に比して極めて高いため。
（２）粗化処理又は黒化処理をしていない金属箔３０においても微細な凹凸が存在するため。
（３）これらの点（１）（２）から、金属箔３０の表面の微細な凹凸にＬＣＰ／ＰＦＡ複合フィルム２０の溶融物が効果的に浸透して強力な投錨効果（アンカー効果）が発揮されるため。
（４）ＬＣＰ／ＰＦＡ複合フィルム２０の溶融固化時の剛性が一般的な接着用樹脂フィルムより高いため。

したがって、接着用樹脂フィルムとしてＬＣＰ／ＰＦＡ複合フィルム２０を使用することにより、金属箔３０の接着面が粗化処理又は黒化処理されない平滑面であっても、極めて高い接着強度（剥離強度）を得ることができる。なお、ＬＣＰを含まないフィルム２０を用いる場合は、接着強度（剥離強度）を高めるために、低粗度の粗化処理が施されている銅箔を用いることが好ましい。

また、プリプレグ１０及びフィルム２０により構成される誘電体７の主成分を、ＰＦＡとしており、本実施形態では、誘電体７に含まれるＰＦＡの体積比は、誘電体７全体を１００％とすると、７０％以上であり９０％以下である。

このように、誘電体７を主にＰＦＡにより構成することで、製造されたプリント配線板５にスルーホールを形成した場合、その信頼性を向上させることができる。なお、スルーホールとは、両面に金属箔３０（導体パターン）が設けられたプリント配線板５をその板厚方向に貫通させた孔であって、両面の金属箔３０を導通させるためにその孔に金属（金属箔３０と同じ材質の金属）を充填させたものである。
ここで、プリント配線板５の誘電体にフッ素樹脂を用いると、その樹脂部の線膨張率がスルーホールに含まれる金属よりも高く、温度変化が生じるとこれらの線膨張率の相違によってスルーホールの孔の壁面にクラックが生じることがある。特にフッ素樹脂の体積比率が７０％以上である場合、フッ素樹脂の線膨張率が支配的となり、温度変化に起因する伸縮の影響が顕著となる。
しかし、本実施形態のように、誘電体７を主にＰＦＡにより構成した場合、つまり、誘電体７に含まれるＰＦＡの体積比を７０％以上とすることで、前記のようなクラックの発生を抑制することができ、主にＰＴＦＥにより構成する場合と比較して、スルーホール信頼性が向上する。

このように誘電体７を主にＰＦＡにより構成することで、主にＰＴＦＥにより構成する場合と比較して、スルーホールの信頼性が向上する理由は、次のように推測される。
すなわち、ＰＴＦＥとＰＦＡとで線膨張率に大きな差は存在していないが、常温付近（１８〜３０℃）で、ＰＴＦＥは分子構造に変曲点が存在するのに対して、ＰＦＡはこのような変曲点が無く、この違いがクラック発生、つまり、スルーホールの信頼性に影響を与えると推測される。

また、誘電体７に含まれるＰＦＡの体積比が９０％を超えると、プリプレグ１０にシワが発生するおそれがある。例えば、プリプレグ１０のシワによってフィルム２０の表面にもシワが生じると、パターン形成用のマスクを貼り付けにくくなる等の不具合が起こる場合がある。

［実施例（その１）］
図２は、実施例と従来例との構成、及び各種の試験結果をまとめた表である。
実施例１は、その構成は図１に示すとおりであり、２４ｇ／ｍ^２のＥガラスクロスを繊維質補強材１１とし、このガラスクロスにＰＴＦＥとＰＦＡとのディスパージョンを含浸させて作製した厚さ３０μｍのプリプレグ１０を有している。そして、このプリプレグ１０の上下面それぞれに厚さ６０μｍのＬＣＰ／ＰＦＡ複合フィルム２０が配置され、更にその上下面それぞれに厚さ９μｍの電解銅箔が金属箔３０として配置されて得た銅張積層板である。
この銅張積層板（実施例１）のプリプレグ１０に関して、ガラスクロス（繊維質補強材１１）に含浸させているフッ素樹脂１２は、ＰＦＡ及びＰＴＦＥであり、その体積比は５０：５０（＝１：１）である。

また、同様に、銅張積層板（実施例２）を製造し（その構成は図１に示すとおりである）、この実施例２は、プリプレグ１０に関して、ガラスクロス（繊維質補強材１１）に含浸させているフッ素樹脂１２は、ＰＦＡ及びＰＴＦＥであり、その体積比は３０：７０である。
さらに、同様に、銅張積層板（実施例３）を製造し（その構成は図１に示すとおりである）、この実施例３は、プリプレグ１０に関して、ガラスクロス（繊維質補強材１１）に含浸させているフッ素樹脂１２は、ＰＦＡ及びＰＴＦＥであり、その体積比は７０：３０である。
なお、これら実施例１,２，３及び後述の従来例１，２それぞれには、銅により表裏の銅箔を接続させたスルーホールが設けられている。また、図２に示すように、実施例１〜３の誘電体７の比誘電率は２．６以下である。

従来例１は、その構成は図１に示すとおりであるが、プリプレグとして２４ｇ／ｍ^２のＥガラスクロス（繊維質補強材）にＰＦＡのみを含浸させ、その上にＬＣＰ／ＰＦＡ複合フィルム及び金属箔（銅箔）を重ねて熱圧着し、銅張積層板としたものである。

また、従来例２として、２４ｇ／ｍ^２のＥガラスクロスを繊維質補強材５１（図３参照）とし、このガラスクロス５１にＰＴＦＥのディスパージョン５２を複数回含浸させた。更に、その上下面それぞれに厚さ９μｍの電解銅箔を金属箔５４として配置し、真空プレスにより熱圧着を行い、銅張積層板（比較例）を得た。

図２に示すように、実施例１〜３のプリント配線板５において、プリプレグ１０にＰＦＡの他にＰＴＦＥを含むことから、シワの発生がない。これに対して、従来例１では、プリプレグにＰＦＡのみが含まれ、ＰＴＦＥが含まれないことから、シワが発生している。

また、実施例１〜３の銅張積層板（プリント配線板５）では、剥離強度が６Ｎ／ｃｍを超えており、良好な剥離強度が得られる。なお、この剥離強度については、ＪＩＳ Ｃ６４８１に準拠したプリント配線板用銅張積層板試験方法により銅箔剥離強度（Ｎ／ｃｍ）を測定している。
従来例２では、ＬＣＰ／ＰＦＡ複合フィルムを介在させていないことから、金属箔の剥離強度が低い。
なお、金属箔の剥離強度が高いほど細かい導体パターンを形成することが可能となる。

更に、実施例１〜３のプリント配線板５では、誘電体７におけるＰＦＡの体積比（誘電体構成体積比）が７０％以上であり、クラックは発生していない。つまり、誘電体７の主成分をＰＦＡとすることにより、銅張積層板（プリント配線板５）にスルーホールを形成した場合、その信頼性を向上させることができる。なお、このクラック発生の試験は、−４０度と１２５度との間の温度変化を、３０分かけて、３０００サイクル繰り返し行った場合のクラックの発生の有無の検査である。
これに対して、従来例２では、ＰＦＡの体積比が０であり、試験の結果、クラックが発生している。

また、実施例１に示すように、ガラスクロス（繊維質補強材１１）に含浸させるフッ素樹脂の体積比をＰＦＡ：ＰＴＦＥ＝５０：５０とすることにより、プリプレグ１０とフィルム２０との間においても優れた剥離強度を得ることができる。つまり、プリプレグ１０に含まれるＰＦＡとＰＴＦＥとの体積比は、１：１であるのが好ましく、これによりプリプレグ１０とフィルム２０との間における剥離強度を向上させることができる。
なお、誘電体７におけるＰＦＡの体積（Ｖ１）とＰＴＦＥの体積（Ｖ２）との比（Ｖ１／Ｖ２）は、２０倍以上であるのが好ましい。

前記実施形態では、プリプレグ１０に積層されているＰＦＡを含む層を、ＬＣＰ／ＰＦＡ複合フィルム２０としている。この場合、このフィルム２０の層にはＬＣＰが散らばって存在している。これに対して、プリプレグ１０の層にはＬＣＰは存在していない。このため、プリプレグ１０と、このプリプレグ１０に積層されているＰＦＡを含む層（ＬＣＰ／ＰＦＡ複合フィルム２０）との境界を容易に判別することができる。
なお、プリプレグ１０に積層されているＰＦＡを含む層に、ＬＣＰが含まれない場合であっても（例えば前記層がＰＦＡフィルムからなる場合）、この層におけるＰＦＡの含有率と、プリプレグ１０におけるＰＦＡの含有率とが相違することで、プリプレグ１０と、このプリプレグ１０に積層されているＰＦＡを含む層とを区別することができる。

本発明のプリント配線板は、図示する形態に限らず本発明の範囲内において他の形態のものであってもよい。例えば、前記実施形態（図１）では、両面プリント配線板となる場合について説明したが、プリプレグ１０の片面側にのみフィルム２０及び金属箔３０を設け、この片面側に導体パターンを形成した片面プリント配線板であってもよい。

５：プリント配線板 ７：誘電体 １０：プリプレグ
１１：繊維質補強材 １２：フッ素樹脂 ２０：フィルム（層）
３０：金属箔

Claims (2)

1. 繊維質補強材にフッ素樹脂を含浸させてなるプリプレグと、このプリプレグに積層されているＰＦＡを含む層と、この層上に設けられている金属箔と、を備え、前記プリプレグ及び前記層により構成される誘電体の主成分をＰＦＡとするプリント配線板であって、
   前記プリプレグには前記フッ素樹脂としてＰＦＡの他にＰＴＦＥが含まれており、
   前記プリプレグに積層されている層は、ＰＦＡの他に液晶ポリマーを含み、
   前記金属箔は、前記層に対する接着面の表面粗さＲａが０．２μｍ以下である未粗化金属箔、又は、前記層に対する接着面の表面粗さＲｚの最大値が５μｍ以下である低粗度金属箔であり、
   前記誘電体に含まれるＰＦＡの体積比は、７０％以上であり９０％以下であることを特徴とするプリント配線板。
2. 前記プリプレグに含まれるＰＦＡとＰＴＦＥとの体積比は、１：１である請求項１に記載のプリント配線板。

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