TW201916963A - 雷射加工裝置 - Google Patents
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Abstract
本發明提供一種用2束雷射光束進行加工,且能夠針對2束雷射光束中的每一個測定反射光的強度之雷射加工裝置。分支合流光學系統將沿入射路徑入射之雷射光束根據偏振方向分支為第1加工路徑及第2加工路徑。將沿第1加工路徑及第2加工路徑分別入射於分支合流光學系統之第1反射光及第2反射光合流到與入射路徑不同的測定路徑。分支元件將合流到測定路徑之第1反射光及第2反射光分支為不同的路徑。第1光檢測器測定藉由分支元件分支之第1反射光的強度,第2光檢測器測定藉由分支元件分支之第2反射光的強度。
Description
本申請主張基於2017年10月26日申請之日本專利申請第2017-206874號的優先權。該申請的所有內容藉由參閱援用於本說明書中。 本發明係有關一種雷射加工裝置。
在對印刷電路板進行鑽孔等之雷射加工裝置中,已知有檢測來自加工對象物的反射光來判定加工狀態之技術。例如,已知有如下雷射加工裝置:根據從雷射振盪器出射並被作為加工對象物的多層基板反射之反射光的反射光強度控制雷射光(專利文獻1)。 (先前技術文獻) (專利文獻) 專利文獻1:日本特開2000-126880號公報
(本發明所欲解決之課題) 為了提高雷射加工效率,使用如下雷射加工裝置:將從雷射振盪器輸出之雷射光束分支為2束,並利用2束雷射光束進行雷射加工(2軸加工)。在進行2軸加工之情況下,為了判定加工狀態。必須針對2束雷射光束中的每一個測定反射光。 本發明的目的在於,提供一種利用2束雷射光束進行加工,並能夠針對2束雷射光束中的每一個測定反射光強度之雷射加工裝置。 (用以解決課題之手段) 依本發明的一觀點,提供一種雷射加工裝置,其具有: 分支合流光學系統,其進行雷射光束的分支及合流,並且將沿向前述分支合流光學系統的入射路徑入射於前述分支合流光學系統之雷射光束根據偏振方向分支為第1加工路徑及第2加工路徑,使沿前述第1加工路徑及前述第2加工路徑分別入射於前述分支合流光學系統之第1反射光及第2反射光合流到與前述入射路徑不同的測定路徑中; 分支元件,將合流到前述測定路徑之前述第1反射光及前述第2反射光分支為不同的路徑; 第1光檢測器,測定藉由前述分支元件分支之前述第1反射光的強度;及 第2光檢測器,測定藉由前述分支元件分支之前述第2反射光的強度。 (發明之效果) 能夠用第1加工路徑和第2加工路徑的2束雷射光束進行加工。能夠針對2束雷射光束中的每一個測定反射光的強度。
參閱圖1~圖4,對基於實施例之雷射加工裝置進行說明。 圖1係基於實施例之雷射加工裝置的概略圖。雷射光源10輸出加工用的脈衝雷射光束。雷射光源10中,例如使用二氧化碳雷射。 從雷射光源10輸出之脈衝雷射光束沿入射路徑Pi入射於分支合流光學系統11。分支合流光學系統11將沿入射路徑Pi入射之雷射光束根據偏振方向分支為朝向加工對象物50之第1加工路徑P1及第2加工路徑P2。而且,使被加工對象物50反射並在第1加工路徑P1及第2加工路徑P2中分別向反方向行進之第1反射光及第2反射光合流到與入射路徑Pi不同的測定路徑Pm中。 分支合流光學系統11例如包含第1偏振光束分離器12、第1偏振光學元件13A及第2偏振光學元件13B。第1偏振光束分離器12使沿入射路徑Pi入射之雷射光束的P偏振成分透過,並反射S偏振成分。調整入射之雷射光束的偏振方向,以使P偏振成分與S偏振成分的功率相等。透過第1偏振光束分離器12之P偏振成分沿第1加工路徑P1傳播,被第1偏振光束分離器12反射之S偏振成分沿第2加工路徑P2傳播。 第1偏振光學元件13A配置於第1加工路徑P1。在往程和返程中2次通過第1加工路徑P1之雷射光束使其偏振方向旋轉90°。藉此,返回第1加工路徑P1之第1反射光被第1偏振光束分離器12反射。第2偏振光學元件13B配置於第2加工路徑P2。在往程和返程中2次通過第2加工路徑P2之雷射光束使其偏振方向旋轉90°。藉此,返回第2加工路徑P2之第2反射光透過第1偏振光束分離器12。第1偏振光學元件13A及第2偏振光學元件13B中,例如能夠使用1/4波片。 在分支合流光學系統11與加工對象物50之間的第1加工路徑P1中,配置有第1光束掃描器20A及第1聚光透鏡22A。同樣在第2加工路徑P2中,配置有第2光束掃描器20B及第2聚光透鏡22B。在第1加工路徑P1及第2加工路徑P2的一側,分別配置有第1光束阻尼器21A及第2光束阻尼器21B。 加工對象物50保持在載物台45上。載物台45具有使加工對象物50向與其表面(被加工面)平行的二維方向(x方向和y方向)移動之功能。加工對象物50例如為印刷基板,藉由雷射光束進行鑽孔加工。 第1光束掃描器20A向二維方向掃描雷射光束。作為第1光束掃描器20A,例如能夠使用具有一對活動反射鏡之電流掃描器。經掃描之雷射光束藉由第1聚光透鏡22A聚光於加工對象物50的被加工面。作為第1聚光透鏡22A,例如使用fθ透鏡。第1光束掃描器20A具有使雷射光束朝向第1光束阻尼器21A偏向之功能。在雷射光束朝向第1光束阻尼器21A偏向之狀態下,雷射光束不入射於加工對象物50。 配置在第2加工路徑P2之第2光束掃描器20B、第2聚光透鏡22B及配置在第2加工路徑P2的一側之第2光束阻尼器21B分別具有與第1光束掃描器20A、第1聚光透鏡22A及第1光束阻尼器21A相同的功能。 在第1加工路徑P1中向反方向傳播並被第1偏振光束分離器12反射之第1反射光及在第2加工路徑P2中向反方向傳播並透過第1偏振光束分離器12之第2反射光合流到測定路徑Pm。合流到測定路徑Pm之第1反射光及第2反射光入射於第2偏振光束分離器30。第2偏振光束分離器30具有作為將第1反射光及第2反射光分支為不同的路徑之分支元件的功能。在藉由第2偏振光束分離器30分支之後的2個路徑中,分別配置有第1光檢測器31A及第2光檢測器31B。第1反射光及第2反射光分別入射於第1光檢測器31A及第2光檢測器31B。 第1光檢測器31A及第2光檢測器31B分別測定第1反射光及第2反射光的強度。測定結果被輸入到控制裝置40。 控制裝置40控制從雷射光源10輸出之脈衝雷射光束的輸出時間及輸出功率。而且,藉由控制第1光束掃描器20A及第2光束掃描器20B,掃描在第1加工路徑P1及第2加工路徑P2傳播之雷射光束。而且,藉由控制載物台45,使加工對象物50移動到目標位置。 儲存裝置41中儲存有加工中所需之資訊,例如加工對象物50上的複數個被加工點的位置資訊、指令加工順序之資訊、雷射照射條件等。雷射照射條件包含脈衝寬度、輸出功率、入射於各被加工點之發射數等。控制裝置40具有如下功能:將雷射加工中藉由第1光檢測器31A及第2光檢測器31B測定之反射光強度的檢測結果與各被加工點建立對應關係而儲存在儲存裝置41。 控制裝置40具有如下功能:根據藉由第1光檢測器31A及第2光檢測器31B分別檢測到之每一個被加工點的反射光的強度,針對每一個被加工點確定雷射光束的照射條件。在第1加工路徑P1中傳播而入射於加工對象物50之雷射光束的照射條件與在第2加工路徑P2中傳播而入射於加工對象物50之雷射光束的照射條件能夠分別進行調整。 接著,參閱圖2A~圖2C,對加工對象物50的加工前的結構、加工途中階段的結構及加工後的結構進行說明。 圖2A係加工前的加工對象物50的一個被加工點附近部分的剖面圖。玻璃環氧樹脂等電介質基板51的內層中配置有內層導體膜52。在電介質基板51的被加工面上配置有表面導體膜53,在背面配置有背面導體膜54。 圖2B係入射1發加工用脈衝雷射光束後之加工對象物50的部分剖面圖。藉由入射1發脈衝雷射光束,形成貫通表面導體膜53之凹部55。表面導體膜53下的電介質基板51的一部分亦藉由雷射照射而被去除,凹部55達到比內層導體膜52的上表面稍微淺的位置。 圖2C係加工後的加工對象物50的部分剖面圖。入射1發或複數發脈衝能量密度比圖2B所示之加工時小的脈衝雷射光束。藉此,凹部55到達至內層導體膜52的上表面,從而露出內層導體膜52。 由於圖2B所示之加工時的脈衝能量密度的偏差、電介質基板51內的玻璃纖維密度的偏差、表面導體膜53的厚度的偏差等,以1發形成之凹部55的深度亦產生偏差。還有凹部55達到內層導體膜52而內層導體膜52的一部分露出之情況。若內層導體膜52露出,則反射光的強度變大。藉由利用第1光檢測器31A及第2光檢測器31B(圖1)分別測定第1反射光的強度及第2反射光的強度,能夠得到與圖2B所示之以1發加工之凹部55的深度、大小等的加工狀況有關之資訊。 在藉由第1發的加工而內層導體膜52完全露出之狀態下,若在規定的照射條件下進行第2發以後的加工,則內層導體膜52所受之損傷變大。該情況下,降低第2發以後的脈衝雷射光束的脈衝能量密度,或者減少發射數為較佳。 接著,參閱圖3A及圖3B,對脈衝雷射光束的入射及入射位置的移動步驟進行說明。 圖3A係加工對象物50的一部分的概略俯視圖。在加工對象物50的被加工面劃定有複數個掃描區域61。一個掃描區域61係能夠用第1光束掃描器20A及第2光束掃描器20B(圖1)進行掃描之大小。一個掃描區域61藉由在第1加工路徑P1中傳播之雷射光束進行加工,另一個掃描區域61藉由在第2加工路徑P2中傳播之雷射光束進行加工。 在掃描區域61的各個內部劃定有複數個被加工點62。藉由向複數個被加工點62依次入射脈衝雷射光束,從而進行鑽孔加工。本實施例中,首先,在一個掃描區域61內的所有被加工點62中形成圖2B所示之貫通表面導體膜53之凹部55。之後,如圖2C所示,使第2發以後的雷射脈衝入射於同一掃描區域61內的各被加工點62,從而挖進凹部55。使第2發以後的雷射脈衝連續入射於一個被加工點62。如此,使第1發入射於所有被加工點62之後進行第2發以後的加工之方法被稱為循環加工。 圖3B係表示脈衝雷射光束向加工對象物50的入射及第1光束掃描器20A、第2光束掃描器20B(圖1)的驅動期間之時序圖。在期間T1中,進行圖2B所示之表面導體膜53的加工。在期間T1中,交替地重複雷射脈衝LP1向複數個被加工點62中的每一個的輸出和第1光束掃描器20A及第2光束掃描器20B的驅動。藉由第1光束掃描器20A及第2光束掃描器20B掃描之雷射光束的入射位置穩定在被加工點62之後,輸出雷射脈衝LP1。 在期間T2及期間T3中,進行圖2C所示之電介質基板51的加工。在期間T2中,將雷射脈衝LP2一個一個地入射於複數個被加工點62。同樣地,在期間T3中,亦將雷射脈衝LP3一個一個地入射於複數個被加工點62。圖3B中示出在圖2C所示之製程中向一個被加工點62入射2個雷射脈衝LP2、LP3之例。另外,入射於一個被加工點62之發射數藉由照射之脈衝雷射光束的脈衝能量密度、內層導體膜52為止的深度、電介質基板51的材質等而設定為最佳個數。在圖2C所示之製程中僅入射一個雷射脈衝之情況下,不需要圖3B所示之期間T3的處理。 接著,參閱圖4對使用基於本實施例之雷射加工裝置來進行鑽孔加工之步驟進行說明。 圖4係表示使用基於本實施例之雷射加工裝置來進行鑽孔加工之步驟之流程圖。首先,控制裝置40(圖1)控制第1光束掃描器20A及第2光束掃描器20B,將第1加工路徑P1及第2加工路徑P2的雷射光束的入射位置穩定在最初應進行加工之被加工點62(圖3A)的位置(步驟S1)。被加工點62的位置被儲存在儲存裝置41。若第1光束掃描器20A及第2光束掃描器20B穩定,則控制裝置40控制雷射光源10而輸出1發脈衝雷射光束(步驟S2)。藉此,形成圖2B所示之凹部55。 藉由第1光檢測器31A及第2光檢測器31B(圖1)測定在第1加工路徑P1及第2加工路徑P2中分別向反方向傳播之第1反射光及第2反射光的強度。控制裝置40(圖1)獲取藉由第1光檢測器31A及第2光檢測器31B測定之第1反射光及第2反射光的強度的檢測結果,針對被加工點62中的每一個將第1反射光及第2反射光的強度的測定結果儲存在儲存裝置41(步驟S3)。 在結束第1發雷射光束向掃描區域61(圖1)內所有被加工點62的入射之情況下,將第1加工路徑P1及第2加工路徑P2的雷射光束的入射位置分別穩定在最初的被加工點62的位置(步驟S5)。在掃描區域61(圖1)內殘留有未加工的被加工點62之情況下,將第1加工路徑P1及第2加工路徑P2的雷射光束的入射位置穩定在下一個應進行加工之被加工點62的位置(步驟S4),反覆執行步驟S2及S3。 步驟S5之後,針對第1加工路徑P1及第2加工路徑P2中的每一個,依據與儲存在儲存裝置41之被加工點62(圖3A)對應之反射光的強度,確定雷射光束的照射條件(步驟S6)。 以下,對照射條件的確定方法進行說明。例如,當反射光的強度高於標準值時,認為內層導體膜52(圖2B)的一部分藉由第1發的加工而已露出。認為反射光的強度越高,內層導體膜52露出之面積越大。在內層導體膜52露出之狀態下,為了抑制內層導體膜52的損傷,使由第2發以後的脈衝雷射光束的照射產生之能量投入量少於標準值為較佳。例如,反射光的強度越高,越減少能量投入量為較佳。能量投入量能夠藉由每1脈衝的能量密度(脈衝能量密度)或照射之發射數來進行調整。調整脈衝能量密度時,調整脈衝寬度及雷射脈衝的強度中的至少一方即可。 關於反射光的強度與第2發以後的脈衝雷射光束的照射條件的關係,預先進行各種評價試驗來進行確定,並儲存在儲存裝置41即可。控制裝置40參閱儲存在儲存裝置41之該關係來確定第2發以後的照射條件。 確定了照射條件之後,控制裝置40在步驟S6中所確定之照射條件下對被加工點62進行雷射照射(步驟S7)。藉由該照射,形成圖2C所示之凹部55,在凹部55的底面露出內層導體膜52。 當結束第2發以後的雷射光束向掃描區域61(圖1)內的所有被加工點62的入射時,結束當前進行加工之掃描區域61的加工。在殘留有未加工的掃描區域61的情況下,驅動載物台45之後,再次執行圖4所示之處理。 在掃描區域61(圖1)內殘留有未進行第2發以後的雷射光束的入射之被加工點62的情況下,將第1加工路徑P1及第2加工路徑P2的雷射光束的入射位置穩定在下一個應進行加工之被加工點62的位置(步驟S8)。之後,執行步驟S6及S7。 接著,對在步驟S6中所確定之照射條件下進行雷射照射(步驟S7)之方法的具體例進行說明。 當第1加工路徑P1的照射條件與第2加工路徑P2的照射條件相同時,控制裝置40調整從雷射光源10輸出之脈衝雷射光束的脈衝寬度,以使成為所確定之照射條件。除此之外,亦可以調整從雷射光源10輸出之脈衝雷射光束的發射數。 當第1加工路徑P1的照射條件與第2加工路徑P2的照射條件不同時,例如,藉由以下說明之任一具體方法針對每一個加工路徑調整照射條件。 第1具體例中,在第1加工路徑P1與第2加工路徑P2中使發射數不同。控制裝置40根據第1加工路徑P1與第2加工路徑P2中所需發射數多的一方控制雷射光源10。在所需發射數少的一方的加工路徑中,控制裝置40控制第1光束掃描器20A或第2光束掃描器20B,使額外的雷射脈衝入射於第1光束阻尼器21A或第2光束阻尼器21B。 第2具體例中,藉由調整由第1偏振光束分離器12產生之雷射光束的分支比,使在第1加工路徑P1中傳播之雷射光束的強度與在第2加工路徑P2中傳播之雷射光束的強度不同。關於由第1偏振光束分離器12產生之分支比的調整,能夠藉由在第1偏振光束分離器12的正前方配置微調整雷射光束的偏振方向之光學元件,並微調整偏振方向來進行。 接著,對基於本實施例之雷射加工裝置所具有之優異的效果進行說明。本實施例中,根據第1發的加工時產生之反射光的強度,確定第2發以後的照射條件,藉此能夠實現加工品質的提高。例如,能夠抑制內層導體膜52(圖2C)的損傷。 而且,本實施例中,藉由使返回第1加工路徑P1之第1反射光及返回第2加工路徑P2之第2反射光合流到共同的測定路徑Pm(圖1)之後使其分支,從而分別測定第1反射光的強度及第2反射光的強度。因此,針對每一個加工路徑,與從入射雷射光束的加工路徑分支反射光之構成相比,能夠消減光學元件的個數。 並且,本實施例中,即使在第2發以後的照射條件在2條加工路徑之間不同的情況下,亦能夠針對每一個加工路徑分別調整照射條件。其結果,能夠提高在2個加工路徑中加工之2個被加工點62兩方的加工品質。 接著,參閱圖5及圖6,對基於另一實施例之雷射加工裝置進行說明。以下,對與圖1~圖4所示之實施例共同的構成省略說明。 圖5係表示脈衝雷射光束向基於本實施例之雷射加工裝置中的加工對象物50的入射及第1光束掃描器20A、第2光束掃描器20B(圖1)的驅動期間之時序圖。圖3B所示之實施例中,向一個被加工點62入射第1發的雷射脈衝LP1之後,向下一個被加工點62入射第1發的雷射脈衝LP1。本實施例中,向一個被加工點62入射第1發的雷射脈衝LP1之後,接著將第2發以後的雷射脈衝LP2入射於同一被加工點62。若結束一個被加工點62的加工,則進行下一個被加工點62的加工。該種加工方法稱為脈衝串(burst)加工。 圖6係表示使用基於本實施例之雷射加工裝置來進行鑽孔加工之步驟之流程圖。將2條加工路徑的雷射光束的入射位置分別穩定在被加工點62的位置之處理(步驟S11)及輸出1發脈衝雷射光束之處理(步驟S12)與圖4所示之實施例的步驟S1及步驟S2的處理相同。 輸出1發雷射脈衝之後,控制裝置40(圖1)獲取藉由第1光檢測器31A及第2光檢測器31B測定之第1反射光的強度及第2反射光的強度的測定結果(步驟S13)。針對2條加工路徑中的每一個,依據在步驟S13中獲取之反射光的強度的測定結果來確定第2發以後的雷射光束的照射條件(步驟S14)。 確定照射條件之後,控制裝置40在步驟S14中確定之照射條件下對被加工點62進行雷射照射(步驟S15)。藉由該照射,形成圖2C所示之凹部55,在凹部55的底面露出內層導體膜52。 在掃描區域61(圖3A)內殘留有未加工的被加工點62的情況下,將2條加工路徑的雷射光束的入射位置分別穩定在下一個被加工點62的位置(步驟S16)。之後,反覆進行從步驟S12到步驟S15的處理。若結束掃描區域61內的所有被加工點62的加工,則結束對當前加工中的掃描區域61之處理。 本實施例中,亦得到與圖1~圖4所示之實施例相同的效果。並且,本實施例中,由於連續進行對一個被加工點62之第1發的加工及第2發以後的加工,因此無需將反射光強度的測定結果預先儲存在儲存裝置41,而是測定反射光強度之後,直接確定第2發以後的照射條件。 上述各實施例係例示的,當然能夠進行不同的實施例中所示之構成的部分置換或組合。對於由複數個實施例的同樣的構成產生之同樣的作用效果,並不針對每個實施例逐次提及。而且,本發明並不限於上述實施例。例如,可進行各種變更、改良、組合等對本領域技術人員來說係顯而易見的。
10‧‧‧雷射光源
11‧‧‧分支合流光學系統
12‧‧‧第1偏振光束分離器
13A‧‧‧第1偏振光學元件
13B‧‧‧第2偏振光學元件
20A‧‧‧第1光束掃描器
20B‧‧‧第2光束掃描器
21A‧‧‧第1光束阻尼器
21B‧‧‧第2光束阻尼器
22A‧‧‧第1聚光透鏡
22B‧‧‧第2聚光透鏡
30‧‧‧第2偏振光束分離器
31A‧‧‧第1光檢測器
31B‧‧‧第2光檢測器
40‧‧‧控制裝置
41‧‧‧儲存裝置
45‧‧‧載物台
50‧‧‧加工對象物
51‧‧‧電介質基板
52‧‧‧內層導體膜
53‧‧‧表面導體膜
54‧‧‧背面導體膜
55‧‧‧凹部
61‧‧‧掃描區域
62‧‧‧被加工點
圖1係基於實施例之雷射加工裝置的概略圖。 圖2A、圖2B及圖2C分別係加工前、加工中途及加工後的加工對象物的一個被加工點的剖面圖。 圖3A係加工對象物50的一部分的概略俯視圖,圖3B係表示脈衝雷射光束向加工對象物的入射及第1光束掃描器、第2光束掃描器(圖1)的驅動期間之時序圖。 圖4係表示使用基於實施例之雷射加工裝置來進行鑽孔加工之步驟之流程圖。 圖5係表示基於另一實施例之雷射加工裝置中向加工對象物的脈衝雷射光束的入射及第1光束掃描器、第2光束掃描器的驅動期間之時序圖。 圖6係表示使用基於另一實施例之雷射加工裝置來進行鑽孔加工之步驟之流程圖。
Claims (5)
- 一種雷射加工裝置,其具有: 分支合流光學系統,其進行雷射光束的分支及合流,並且將沿向該分支合流光學系統的入射路徑入射於該分支合流光學系統之雷射光束根據偏振方向分支為第1加工路徑及第2加工路徑,使沿該第1加工路徑及該第2加工路徑分別入射於該分支合流光學系統之第1反射光及第2反射光合流到與該入射路徑不同的測定路徑中; 分支元件,將合流到該測定路徑之該第1反射光及該第2反射光分支為不同的路徑; 第1光檢測器,測定藉由該分支元件分支之該第1反射光的強度;及 第2光檢測器,測定藉由該分支元件分支之該第2反射光的強度。
- 如申請專利範圍第1項所述之雷射加工裝置,其中 該分支合流光學系統包括: 第1偏振光束分離器,使沿該入射路徑入射之雷射光束的一部分成分透過而傳播到該第1加工路徑,並反射一部分成分而傳播到該第2加工路徑; 第1偏振光學元件,使在該第1加工路徑中傳播之雷射光束的偏振方向旋轉,以使該第1反射光被該第1偏振光束分離器反射;及 第2偏振光學元件,使在該第2加工路徑中傳播之雷射光束的偏振方向旋轉,以使該第2反射光透過該第1偏振光束分離器。
- 如申請專利範圍第1或2項所述之雷射加工裝置,其還具有: 控制裝置,根據藉由該第1光檢測器及該第2光檢測器分別檢測到之該第1反射光的強度及該第2反射光的強度,調整在該第1加工路徑及該第2加工路徑中傳播而入射於加工對象物之雷射光束的照射條件。
- 如申請專利範圍第3項所述之雷射加工裝置,其中 該控制裝置具有分別調整在該第1加工路徑中傳播而入射於加工對象物之雷射光束的照射條件及在該第2加工路徑中傳播而入射於加工對象物之雷射光束的照射條件之功能。
- 如申請專利範圍第3項所述之雷射加工裝置,其還具有: 第1光束掃描器,掃描在該第1加工路徑中傳播之雷射光束; 第2光束掃描器,掃描在該第2加工路徑中傳播之雷射光束;及 儲存裝置,儲存加工對象物上的複數個被加工點的位置, 該控制裝置將藉由該第1光檢測器及該第2光檢測器檢測到之檢測結果與複數個該被加工點中的每一個建立對應關係而儲存在該儲存裝置, 根據與該被加工點建立對應關係而儲存在該儲存裝置之測定結果來確定入射於複數個該被加工點之雷射光束的照射條件。
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