JPWO2012137267A1 - 固体撮像装置及び固体撮像装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

放熱と電磁遮蔽とを効率的に行うことが可能な固体撮像装置を提供する。本固体撮像装置は、センサ４２と、センサ４２からの出力信号を処理するＳｉＰ４４と、が載置されたＭＣＭ基板４１と、電源ＩＣ６２が載置された電源基板６１と、ＭＣＭ基板４１と電源基板６１との間に、電源ＩＣ６２を覆うように配置された導電性及び熱伝導性を有するシールド部５０と、を備える。

Description

本発明は、固体撮像装置及び固体撮像装置の製造方法に関する。特に、監視カメラ、医療用カメラ、車載用カメラ、情報通信端末用カメラなどの固体撮像素子を用いて形成される小型の固体撮像装置に関する。

近年、携帯電話、車載部品等で小型カメラの需要が急速に進展している。この種の小型カメラには、固体撮像素子によりレンズなどの光学系を介して入力される画像を電気信号として出力する固体撮像装置が使用されている。そして、この固体撮像装置の小型化、高性能化に伴い、カメラがより小型化し各方面での使用が増え、映像入力装置としての市場を広げている。従来の半導体撮像素子を用いた撮像装置は、レンズ、半導体撮像素子、その駆動回路および信号処理回路などを搭載したＬＳＩ等の部品を夫々筐体あるいは構造体に形成してこれらを組み合わせている。

また、近年、カメラの小型化とともに、高機能化も進んでいる。カメラが高機能化されることで、カメラに搭載されるＬＳＩ等の部品の発熱量が増大している。

このような発熱を抑制する装置として、撮像素子が発する熱を筐体の外へ放熱することができる撮像装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。この撮像装置では、撮像素子の透光領域の周囲部分とシールドケースの内面とに当接する第１の放熱部材が設けられており、シールドケースの外面と筐体の内面とに当接する第２の放熱部材が設けられている。撮像素子が発した熱は、第１の放熱部材を介してシールドケースに伝達され、更に第２の放熱部材を介して筐体に伝達され、外部に放熱される。

また、他の装置として、撮像素子、電子部品と外部接続端子との電気的な干渉を小さくすることによって高精度な画像が得られ、外部接続端子を通して効率良く放熱でき、位置精度よく車両等に取り付けることができる撮像装置モジュールが知られている（例えば、特許文献２参照）。この撮像装置モジュールでは、信号処理回路基板で発生した熱をモールド樹脂に伝達させ、その熱を金属材料から成るレンズ保持部材に樹脂を介して伝達させることが容易となり、レンズ保持部材の露出部から外部に放熱することができる。

日本国特開２００８−２１１３７８号公報 日本国特開２０１０−０５０７７１号公報

しかしながら、従来の撮像装置では、放熱される方向にはレンズが設けられているので、筐体に沿って熱が伝達されてレンズの温度上昇が起こっていた。そのため、樹脂レンズを使用していると、表面のコーティングに亀裂が入り、画質低下につながる可能性があった。

また、従来の撮像装置では、カメラ駆動時の発熱によりセンサ（撮像素子）や画像処理チップが温度上昇するものであった。そのため、撮像された映像にノイズが入り画質が低下したり、長期使用により接合部への熱歪が蓄積され、当該接合部が損傷してオープンしたりする可能性があった。

また、撮像装置は、撮像装置内の各回路へ電源を供給するために電源回路を備えている。この電源回路は、多くの電磁波を発生させるものであり、電磁波が各回路へ到達することで、各回路の誤動作を引き起こすことがあった。これを防止するために、電磁遮蔽のための部材を電源回路に設けることが有効であるが、電磁遮蔽部材を設けることが撮像装置の小型化を阻害することがあった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、放熱と電磁遮蔽とを効率的に行うことが可能な固体撮像装置及び固体撮像装置の製造方法を提供することを目的とする。

本発明の固体撮像装置は、固体撮像素子と、前記固体撮像素子からの出力信号を処理する信号処理回路部と、が載置された第１の基板と、電源回路部が載置された第２の基板と、前記第１の基板と前記第２の基板との間に、前記電源回路部を覆うように配置された導電性及び熱伝導性を有する放熱板と、を備える。

この構成によれば、放熱と電磁遮蔽とを効率的に行うことが可能である。つまり、第１の基板上の電子部品及び第２の基板上の電子部品からの放熱と、第１の基板上の電子部品と第２の基板上の電子部品との電磁遮蔽と、を同時に実現することができる。

また、本発明の固体撮像装置は、前記放熱板が、前記第１の基板に載置された前記信号処理回路部又は前記第２の基板に載置された前記電源回路部と熱的に接触する。

この構成によれば、発熱量の多い信号処理回路部又は電源回路部とから効率的に放熱することができる。

また、本発明の固体撮像装置は、前記第１の基板及び前記第２の基板を収容するケースを備え、前記放熱板が、前記ケースと熱的に接触する。

この構成によれば、放熱板からケースへ熱が伝達され、放熱することができる。

また、本発明の固体撮像装置は、前記ケースが、前記第１の基板を収容する第１のケースと、前記第２の基板を収容する第２のケースと、からなり、前記放熱板が、前記第１のケースと前記第２のケースとで挟持されている。

この構成によれば、第１のケースと第２のケースとに挟まれた状態となり、各ケースに積極的に接触して熱伝導性が向上するので、放熱特性が向上する。

また、本発明の固体撮像装置は、前記放熱板の端部が、前記ケースに弾性的に当接する。

この構成によれば、弾性により放熱板の一部がケースに当接することにより、放熱を効率良く行うことができる。さらに、締結部材を用いずに放熱板とケースとを固定することが可能であり、部品点数を削減して容易に組立を行うことができる。

また、本発明の固体撮像装置は、前記レンズを保持するレンズユニットが、前記第１の基板に固定され、前記ケースに接触し、前記放熱板の熱伝導率が、前記レンズユニットの熱伝導率よりも高い。

この構成によれば、信号処理回路部で発生した熱が、第１の基板とレンズユニットとを介して、又は、放熱板とケースとレンズユニットを介して、レンズに伝達されることで発生するレンズクラックを防止することができる。

また、本発明の固体撮像装置は、前記放熱板が、金属板により形成されている。

この構成によれば、放熱板の熱伝導性が向上し、効率良く放熱することができる。

また、本発明の固体撮像装置は、前記放熱板が、グラファイトシートにより形成されている。

この構成によれば、放熱板の熱伝導性が向上し、効率良く放熱することができる。

また、本発明の固体撮像装置の製造方法は、固体撮像素子と、前記固体撮像素子からの出力信号を処理する信号処理回路部と、を第１の基板に載置する工程と、電源回路部を第２の基板に載置する工程と、前記第１の基板と前記第２の基板との間に、前記電源回路部を覆うように導電性及び熱伝導性を有する放熱板を配置する工程と、前記第１の基板及び前記第２の基板をケースに収容する工程と、前記放熱板の端部と前記ケースとを超音波溶着する工程と、を含む。

この製造方法によれば、放熱と電磁遮蔽とを効率的に行うことが可能な固体撮像装置を製造可能である。また、締結部材を用いずに放熱板とケースとを当接させるので、固体撮像装置の組立が容易となる。

本発明によれば、放熱と電磁遮蔽とを効率的に行うことが可能である。

本発明の第１の実施形態の固体撮像装置の一例の分解斜視図 本発明の第１の実施形態の固体撮像装置の外観斜視図 本発明の第１の実施形態の各部品を組み合わせた固体撮像装置のＡ−Ａ’断面図 固体撮像装置が放熱板を有しない場合の固体撮像装置内の温度分布を示すシミュレーション図 本発明の第１の実施形態の固体撮像装置が放熱板を有し、第２ケースが樹脂で形成されている場合の、固体撮像装置内の温度分布を示すシミュレーション図 本発明の第１の実施形態の固体撮像装置が放熱板を有し、第２ケースがアルミニウムで形成されている場合の、固体撮像装置内の温度分布を示すシミュレーション図 本発明の第２の実施形態の固体撮像装置の一例の分解斜視図 本発明の第２の実施形態の固体撮像装置の外観斜視図 本発明の第２の実施形態の各部品を組み合わせた固体撮像装置のＢ−Ｂ’断面図

以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。

（第１の実施形態）
図１は本実施形態における車載カメラの分解斜視図である。また、図２は本実施形態における固体撮像装置が組み合わされた状態の外観斜視図である。また、図３は本実施形態おける各部品が組み合わされた固体撮像装置のＡ−Ａ’断面図である。

図１に示した車載カメラ１００は、第１ケース１０、レンズユニット２０、レンズブラケット３０、撮像モジュール４０、シールド部５０、電源モジュール６０、第２ケース７０、を有して構成される。車載カメラ１００は、例えば車両のリア部に搭載され、パーキング時の後方監視を行うことができるように取り付けられている。なお、ここではカメラユニットとして車載カメラを例示しているが、他には監視カメラ、医療カメラ、情報通信端末用カメラなど、様々なカメラユニットが考えられる。

第１ケース１０及び第２ケース７０は、組み合わされることで、レンズユニット２０、レンズブラケット３０、撮像モジュール４０、シールド部５０、電源モジュール６０を収容する。これにより、撮像モジュール４０及び電源モジュール６０に搭載される各種電子部品を保護する。

第１ケース１０及び第２ケース７０の材料には、樹脂やアルミニウム等の金属が使用されるが、熱伝導性が良いものを使用すると、放熱性が向上する。また、第１ケース１０及び第２ケース７０に金属フィラーを混入させ、熱伝導率を向上させるにしてもよい。これにより、車載カメラ１００外部への放熱性が高まるので、レンズ、センサ４２（図３参照）、画像処理チップとしてのＩＳＰを含むＳｉＰ４４（図３参照）等の温度上昇は抑制され、レンズクラックの発生を防止することができる。

また、第１ケース１０には第１シーリングパッキン（不図示）、第２ケース７０には第２シーリングパッキン（不図示）が設けられる。これにより、各部品２０〜６０をケース内に収容する際には、密閉性が向上し、防水性、防塵性が確保されるようになっている。

レンズユニット２０にはレンズが配設される。レンズとしては、ガラス、耐熱プラスティック樹脂、弱耐熱プラスティック樹脂等、様々な材料で構成される。レンズユニット２０は、プラスティック樹脂製や金属製のレンズブラケット３０により、ネジ等の締結部材を用いて、撮像モジュール４０のＭＣＭ（Multi Chip Module）基板４１の第１の面側に固定される。また、レンズユニット２０は、例えばポリアミド系の樹脂により構成されている。

撮像モジュール４０は、各種電子部品が搭載されるＭＣＭ基板４１を有している。ＭＣＭ基板４１の第１の面（ここではレンズユニット２０側の面）には、固体撮像素子としてのＣＣＤイメージセンサ等のセンサ（撮像素子）４２が搭載されたセンサ基板（撮像素子基板）４３が配設される。また、ＭＣＭ基板４１の第２の面（ここでは電源モジュール６０側の面）には、固体撮像素子からの出力信号の処理等を行う信号処理回路部としてのＳｉＰ（System in Package）４４が配設される。ＳｉＰ４４は、詳細は図示しないが、センサ４２により入力された画像信号を処理する画像処理用のＤＳＰであるＩＳＰ（Image Signal Processor）、フラッシュＲＯＭ、ＣＡＮマイコン及びＣＡＮトランシーバ等の通信用の電子部品、制御用の電子部品、その他電子部品、等を有するものである。本実施形態の車載カメラ１００は人物検知機能等が可能な高機能カメラであり、ＳｉＰ４４は、処理量が多く、そのために発熱量も多い。

電源モジュール６０は、電源基板６１を有している。電源基板６１の第１の面（ここでは撮像モジュール４０側の面）には、電源回路部としての電源ＩＣ６２が搭載される。電源ＩＣ６２は、撮像モジュール４０等の車載カメラ１００内の電子部品へ電力供給を行うものである。また、電源基板６１の第１の面とは反対側の第２の面にも、電源ＩＣ６２が搭載されてもよい。また、電源基板６１の第２の面（ここでは第２ケース７０側の面）には、各種電子部品（例えば、コンデンサ、車両側への信号出力用のコネクタ等）が配設される。なお、撮像モジュール４０と電源モジュール６０とは、コネクタ又はフレキシブル基板等の接続部品６３により電気的に接続されている。

電源ＩＣ６２は、電力供給を行うので発熱量が多く、さらに電磁波の発生源にもなっている。

また、図示はしないが、撮像モジュール４０及び電源モジュール６０には、第２ケース７０を介して図示しないケーブルの一端が接続され、他端は車載カメラ１００が搭載される車両に接続される。このケーブルは、画像信号等の各種信号の伝送や電力供給を行うものである。車載カメラ１００が取り付けられる車両側は、第２ケース７０側（図３では下側）である。

シールド部５０は、撮像モジュール４０と電源モジュール６０との間に、電源モジュール６０を覆うように配置された導電性及び熱伝導性を有する放熱板である。シールド部５０は、金属板、グラファイトシート、熱伝導性の高い樹脂、等で構成されている。金属板としては、アルミニウム、銅、絶縁基板に金属箔を塗布した部材、等が考えられる。

また、シールド部５０は、撮像モジュール４０と電源モジュール６０との間に挟み込まれており、撮像モジュール４０の第２の面に配設されたＳｉＰ４４等の電子部品、電源モジュール６０の第１の面に配設された電源ＩＣ６２等の電子部品、の少なくとも一方に熱的に接触している。車載カメラ１００が組み合わせたときには、シールド部５０は、第１ケース１０及び第２ケース７０と熱的に接触することで、第１ケース１０及び第２ケース７０を介して車載カメラ１００の外部へ放熱される。

また、シールド部５０単体での放熱性が十分であれば、シールド部５０と第１ケース１０及び第２ケース７０とが熱的に接触していなくてもよい。例えば、シールド部５０が熱伝導性の高い炭素により構成されるグラファイトシートでラミレートされている場合には、厚みのあるシールド部５０を形成することができ、十分な放熱性を確保できる。
また、シールド部５０が樹脂製である場合には、金属フィラーを混ぜ込み、放熱性をさらに向上させるようにしてもよい。

また、撮像モジュール１０の第２の面に配設されるＳｉＰ４４に含まれる電子部品の一部が電源モジュール６０に搭載されてもよいが、センサ４２との距離が短い撮像モジュール４０に搭載されることが好ましい。電源モジュール６０に信号処理部品が搭載される場合には、シールド部５０と熱的に接触させるために、電源モジュール６０の第１の面に配設される。

また、ＭＣＭ基板４１とセンサ４２との間には隙間があるが、この隙間にアンダーフィルを充填するようにしてもよい。これにより、ＭＣＭ基板４１とセンサ４２とが一体的になるので、センサ４２周辺の発熱に対する放熱効率も向上させることができる。ＭＣＭ基板４１とセンサ４２とを比較すると、ＭＣＭ基板４１の方がセンサ４２よりも熱容量が大きく、本実施形態ではＭＣＭ基板４１の裏面（第２の面）から放熱するため、放熱効率が良好である。

また、シールド部５０の熱伝導率は、レンズユニット２０の熱伝導率よりも高くなっている。具体的には、シールド部５０がアルミニウムの場合の熱伝導率は約２３５（Ｗ／ｍＫ）であり、シールド部５０が銅の場合の熱伝導率は約４００（Ｗ／ｍＫ）である。一方、レンズユニット２０がポリアミド系の樹脂の場合の熱伝導率は、約０．２（Ｗ／ｍＫ）である。したがって、ＭＣＭ基板上の電子部品により発生した熱は主に、レンズユニット２０側ではなく、シールド部５０に伝達される。これにより、レンズユニットからレンズに熱が伝達されることで発生するレンズクラックを防止することができる。

このように、シールド部５０単体で放熱させる、又は、シールド部５０を２つの基板（ＭＣＭ基板４１及び電源基板６１）の間に配置し、シールド部５０から第１ケース１０及び第２ケース７０を介して車載カメラ１００の外部へ放熱させることで、熱が伝導する経路が短縮され、放熱性が向上する。特に発熱量の多いＳｉＰ４４に含まれる電子部品を効率的に放熱することができ、ＩＳＰやセンサ４２の誤動作を防止することができる。また、放熱経路の途中にレンズが含まれていないため、レンズのクラックを防止することができる。

また、電源ＩＣ６２については発熱することが前提として設計され、あらかじめ保障温度が高めに設定されていることも多いが、電源ＩＣからの放熱を行うことで、車載カメラ１００全体の温度を下げ、車載カメラ１００に搭載された各電子部品の誤動作を防止することができる。

さらに、電源モジュール６０は電磁的にシールドされた方がセンサ４２の誤動作等を防止するために好ましいが、シールド部５０を設けることで、電磁的なシールドと熱的なシールドとを１つの部品で行うことができ、部品点数を削減することが可能である。

次に、車載カメラ１００内の温度分布のシミュレーション結果について説明する。

図４は、仮に車載カメラ１００がシールド部５０を有しない場合の、車載カメラ１００内の温度分布を示すシミュレーション図である。図５は、車載カメラ１００がシールド部５０を有し、第２ケース７０が樹脂（主にＰＣ（ポリカーボネード））で形成されている場合の、車載カメラ１００内の温度分布を示すシミュレーション図である。図６は、車載カメラ１００がシールド部５０を有し、第２ケース７０がアルミニウムで形成されている場合の、車載カメラ１００内の温度分布を示すシミュレーション図である。図４〜図６のシミュレーション図では、それぞれ車載カメラ１００の動作時の温度上昇を示している。

図４に示す車載カメラ１００におけるＭＣＭ基板４１の温度上昇を基準とすると、図５に示す車載カメラ１００におけるＭＣＭ基板４１の温度上昇は３４％程度抑制されている。また、同じく図４に示す車載カメラ１００におけるＭＣＭ基板４１の温度上昇を基準とすると、図６に示す車載カメラ１００におけるＭＣＭ基板４１の温度上昇は５４％程度抑制されている。

したがって、シールド部５０がない場合と比較すると、シールド部５０がある場合の方が放熱効率は良好であることが理解できる。さらに、シールド部５０を有している場合には、第２ケース７０が樹脂製の場合よりもアルミニウム等の金属製の場合の方が放熱効率は良好であることが理解できる。

（第２の実施形態）
図７は本実施形態における車載カメラの分解斜視図である。また、図８は本実施形態における固体撮像装置が組み合わされた状態の外観斜視図である。また、図９は本実施形態おける各部品が組み合わされた固体撮像装置のＢ−Ｂ’断面図である。

図７に示した車載カメラ１００Ｂは、シールド部５０に代わり、シールド部５０Ｂを有して構成される。図７において、図１に示した車載カメラ１００の構成と同様の構成については、説明を省略する。

シールド部５０Ｂは、端部５１が第２ケース７０の内壁に沿うように折れ曲がった形状である。また、端部５１はバネ性を有しており、第２ケース７０の内壁に接触している。つまり、端部５１が第２ケース７０に弾性的に当接している。これにより、第１ケース１０及び第２ケース７０の各々にシーリングパッキンを設けることなく、防水性、防塵性が確保できる。なお、ここでは端部５１として両端部が折れ曲がった形状となっているが、一方の端部のみ折れ曲がった形状であってもよい。

また、シールド部５０Ｂは、シールド部５０と同様に、撮像モジュール４０の第２の面に配設されたＳｉＰ４４等の電子部品、電源モジュール６０の第１の面に配設された電源ＩＣ６２等の電子部品、に熱的に接触している。また、シールド部５０Ｂは、シールド部５０と同様に、銅合金等の金属、グラファイトシート、熱伝導性の高い樹脂、などの材料で構成されている。そして、車載カメラ１００が組み合わせたときには、シールド部５０Ｂは、第２ケース７０と熱的に接触することで、第２ケース２０を介して車載カメラ１００の外部へ放熱される。なお、樹脂製のシールド部５０Ｂに金属フィラーを混ぜ込み、放熱性をさらに向上させるようにしてもよい。

また、シールド部５０Ｂは、折れ曲がった形状により電源モジュール６０を覆うように配置される。このシールド部５０Ｂにより、電源ＩＣ６２等の電源基板６１上の電子部品から発生する電磁波を遮断している。これにより、センサ４２やＳｉＰ４４等の撮像モジュール４０内の電子部品が誤動作することを防止可能である。

ここで、超音波溶着を行う場合の固体撮像装置１００Ｂの製造方法について説明する。
まず、センサ４２とセンサ４２からの出力信号を処理するＳｉＰ４４等をＭＣＭ基板４１に載置する。続いて、電源ＩＣ６２を電源基板６１に載置する。続いて、ＭＣＭ基板４１と電源基板６１との間に、電源基板６１を覆うようにシールド部５０Ｂを配置する。続いて、ＭＣＭ基板４１及び電源基板６１をケース（第１ケース１０及び第２ケース７０）に収容する。このとき、レンズブラケット３０にＭＣＭ基板４１をネジで締結し、シールド部５０Ｂ、電源基板６１の順に配置する。続いて、シールド部５０Ｂの端部５１とケースとを超音波溶着する。
これにより、固体撮像装置１００Ｂの組立時に締結部材を用いる必要がなくなるので、容易に組立が可能となる。さらに、締結部（ボス）のスペースが不要であるので、固体撮像装置１００Ｂを小型化することが可能である。

このような本実施形態のシールド部５０Ｂを備えることにより、電磁的なシールドと熱的なシールドとを１つの部品で行うことができ、部品点数を削減することが可能である。

本発明を詳細にまた特定の実施態様を参照して説明したが、本発明の精神と範囲を逸脱することなく様々な変更や修正を加えることができることは当業者にとって明らかである。
本出願は、2011年4月5日出願の日本特許出願No.2011-083679に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。

本発明は、発熱量の多い発熱源から効率的に放熱することが可能な固体撮像装置、カメラユニット等に有用である。

１００、１００Ｂ 車載カメラ
１０ 第１ケース
２０ レンズユニット
３０ レンズブラケット
４０ 撮像モジュール
４１ ＭＣＭ基板
４２ センサ
４３ センサ基板
４４ ＳｉＰ
５０、５０Ｂ シールド部
５１ シールド部の端部
６０ 電源モジュール
６１ 電源基板
６２ 電源ＩＣ
６３ 接続部品
７０ 第２ケース

Claims (9)

1. 固体撮像素子と、前記固体撮像素子からの出力信号を処理する信号処理回路部と、が載置された第１の基板と、
   電源回路部が載置された第２の基板と、
   前記第１の基板と前記第２の基板との間に、前記電源回路部を覆うように配置された導電性及び熱伝導性を有する放熱板と、
   を備える固体撮像装置。
2. 請求項１に記載の固体撮像装置であって、
   前記放熱板は、前記第１の基板に載置された前記信号処理回路部又は前記第２の基板に載置された前記電源回路部と熱的に接触する固体撮像装置。
3. 請求項１または２に記載の固体撮像装置であって、更に、
   前記第１の基板及び前記第２の基板を収容するケースを備え、
   前記放熱板は、前記ケースと熱的に接触する固体撮像装置。
4. 請求項３に記載の固体撮像装置であって、
   前記ケースは、前記第１の基板を収容する第１のケースと、前記第２の基板を収容する第２のケースと、からなり、
   前記放熱板は、前記第１のケースと前記第２のケースとで挟持された固体撮像装置。
5. 請求項３に記載の固体撮像装置であって、
   前記放熱板の端部は、前記ケースに弾性的に当接する固体撮像装置。
6. 請求項１ないし５のいずれか１項に記載の固体撮像装置であって、
   前記レンズを保持するレンズユニットが、前記第１の基板に固定され、前記ケースに接触し、
   前記放熱板の熱伝導率は、前記レンズユニットの熱伝導率よりも高い固体撮像装置。
7. 請求項１ないし６のいずれか１項に記載の固体撮像装置であって、
   前記放熱板は、金属板により形成されている固体撮像装置。
8. 請求項１ないし６のいずれか１項に記載の固体撮像装置であって、
   前記放熱板は、グラファイトシートにより形成されている固体撮像装置。
9. 請求項５に記載の固体撮像装置の製造方法であって、
   固体撮像素子と、前記固体撮像素子からの出力信号を処理する信号処理回路部と、を第１の基板に載置する工程と、
   電源回路部を第２の基板に載置する工程と、
   前記第１の基板と前記第２の基板との間に、前記電源回路部を覆うように導電性及び熱伝導性を有する放熱板を配置する工程と、
   前記第１の基板及び前記第２の基板をケースに収容する工程と、
   前記放熱板の端部と前記ケースとを超音波溶着する工程と、
   を含む固体撮像装置の製造方法。

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