TW490346B - Wedge bonding head - Google Patents
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Description
490346 A7 ____B7_ 五、發明説明(彳) 發明領域: (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本發明係關於使用在一楔形打線設備中的一打線頭’ 及更特定地係關於一種打線頭其在給送及扯斷機制中之打 線力量與夾持力量的控制上具有改.善的效果。 發明背景_· 在一楔形打線設備中,該打線頭包括多個次構件,它 們提供對於一成功的楔形打線處理而言很重要的各項功能 。該打線頭主要包括一換能器其提供打線處理中所需要的 超音波能量,及該換能器抓住該楔形頭,其用該楔形頭抵 住一位在一電子元件(如1C晶粒)上的打線片而將該能量導 至該電線。很自然地,小心地控制該打線力量是很重要的 〇 經濟部智慧財產局員工消費合作fi印¾ 打線頭的另一項功能爲在該打線已完成之後扯段該電 線並給送出其它的電線以供後續的打線之用。這是藉由一 位在該楔形頭旁的夾線機構來達成的。爲了要達到電線的 該扯斷及給送,一機制被用來驅使該電線沿著該電線的一 給送方向(通常是與水平夾30度,45度或60度)。 傳統上,如美國專利第4,603,803號及第5,452,8 3 8號所 揭示者,夾線力量及打線力量兩者都是由一螺線管來提供 。然而,這些傳統的設計具有多缺點。這些缺點包括了可 靠性的問題,螺線管的重量使其很難作快速的回應,及對 於現代的打線要求而言其對於打線力量及夾線力量的控制 不足。前技的設計的直線性亦不佳。 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210 X 297公釐) 經濟部智慈財產局員工消費合作社印¾. 490346 A7 _________ B7 __ 五、發明説明(2 ) 發明目的及槪沭: 因此,本發明的一個目的即是要提供一打線頭其改善 前技的性能特別是打線力量的控制,及電線給送及扯斷機 制的控制。 因此’根據本發明,一種用於將一電線接合於一電子 元件上之打線設備的之打線頭被提供,,該打線頭包含: (a) —打線構件,用來施加一打線力量於該電線上,該 打線構件被設計成可繞著一軸樞轉; (b) 用來產生該打線力量的機構,其包含一永久磁鐵馬 達用來產生一力量使得當該打線構件施加該打線力量時可 造成該打線構件繞著該軸樞轉; (c) 與該打線力量產生機構不同的機構,用來將該打線 頭移動於一朝向及遠離該電子元件的垂直方向上。 使用一永久磁鐵馬達來產生該打線力量可產生多項優 於前技的重大優點。詳言之,一永久磁鐵馬達對於打線力 量具有一可靠的控制,其可線性地變化於一廣泛的位置及 電流範圍內。該永久磁鐵馬達係極可靠的且不需要會彼此 滑動造成磨損的零件。 在本發明的一較佳實施例中,該設備爲一楔形打線設 備且該打線構件包含一固疋於該換#器的一'遠端上的彳契开多 件,且該永久磁鐵馬達產生一會造成該換能器繞著一軸樞 轉的力量,藉此該打線力量係經由該楔形件被施加的。 最好是,該換能器及該永久磁鐵馬達被固定於一換能 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210X 297公釐) --—- f I 辦衣 訂 I 11 I ^ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 490346 A7 ___B7_ 五、發明説明(3 ) 器緊固件的相反側上,該緊固件係利用一撓性接頭而固定 於一打線頭框架件上,藉此當該永久磁鐵馬達施加該力量 時,該換能器緊固件即會繞著該撓性接頭樞轉。在一特定 的較佳結構中,該永久磁鐵馬達爲一音圈(voice coil)式的 裝置且一移動線圏被設置於一磁鐵與多個固定於該打線頭 框架件上的永久磁鐵之間。因爲磁鐵被固定於該打線頭框 架件上及沒有形成該移動換能器組件的一部分,所以可或 得數項機械性的優點,如該移動換能器的質量被減輕因此 其反應時間可縮短。最好是,該永久磁鐵馬達,該換能器 的縱軸及被施加之打線力量的方向都是在同一平面上。 該設備亦可包括一打線力量感應器,典型地爲一壓電 式力量感應器或電伸縮的力量感應器,該感應器可被用來 提供該音圏的閉迴路控制。此外,可程式的控制機構可被 提供用來實施一預先被程式的打線作業。此外,一接觸感 應器亦可被提供於該換能器緊固件上用以決定該楔形件何 時加處該構件。 使用永久磁鐵馬達於打線設備中對於該設備的其它部 分亦是有用的,例如電線給送及扯斷組件。因此,從另一 個觀點來看,本發明亦提供一種用於一楔形打線設備中的 打線頭,該楔形打線設備是用來將一電線接合於一電子元 件上,該打線頭包含:電線給送及扯斷機構用來夾持一被 給送的電線及在一打線已完成之後用來扯斷一電線,該電 線夾持機構包含一對夾爪件及用來造成該對夾爪件開及閉 運動的機構,其中該造成該對夾爪件開及閉運動的機構包 本紙張尺度適用巾酬家料丨⑽^祕⑺^/撕公釐) 一 ' 裝 訂 線 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消费合作社印^ 490346 A7 B7 五、發明説明(4 ) 含一永久磁鐵馬達,其由一位在一由該等永久磁鐵所形成 的磁場內的線圈所形成’其中該線圈或該等磁鐵係被固定 於該對夾爪件之一者上用以與其一起移動於電線給送及扯 斷方向上,該音圈及該對磁鐵的另一者被固定一打線頭支 撐件上。 在一較佳的實施例中,該對夾爪件的一第一者被固定 及該永久磁鐵馬達造成另一夾爪件的開及閉運動。此運動 可以是由被固定於該活動的夾爪件上且位在由至少一磁鐵 所形成的一磁場中的線圏所造成,使得其造成該活動的夾 爪件繞著一軸相對於該固定的夾爪樞動,該軸最好是一預 受力的軸承。 該電線夾持組件可移動於該電線給送方向上,且爲了 要到此目的該等夾爪件及活動的線圈藉由一滑動單元而被 固定於一打線頭框架件上,而該等永久磁鐵則直接固定於 該框架件上。這表示該等永久磁鐵並沒有與該電線夾持組 件一起移動,減輕了移動零件的重量。 使用一永久磁鐵馬達於該電線給送及扯斷組件中提供 T許多的優點,就如同永久磁鐵被用來產生該打線力量的 1青开彡^這些優點包括了易於線性地控制該電線夾持力 量及可靠性高。 1另一觀點來看,本發明提供了 一種用於一楔形打線 設丨蒲φ Μ打線頭,該楔形打線設備是用來將一電線接合於 一電t兀件上,該打線頭包含: (a)~打線構件,用來施加一打線力量於該電線上,該 I紙張尺度適用「210X297公釐] ~ I 裝 . 訂 务 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 490346 A7 _____B7_ 五、發明説明(5 ) 打線構件被設計爲可繞著一軸樞轉; (b) 用來產生該打線力量的機構,其包含一永久磁鐵馬 達用來產生一力量使得當該打線構件施加該打線力量時可 造成該打線構件繞著該軸樞轉; (c) 與該打線力量產生機構不同的機構,用來將該打線 頭移動於一朝向及遠離該電子元件的垂直方向上;及 (d) 電線給送及扯斷機構用來夾持一被給送的電線及在 一打線已完成之後用來扯斷一電線,該電線夾持機構包含 一對夾爪件及用來造成該對夾爪件開及閉運動的機構,其 中該造成該對夾爪件開及閉運動的機構包含一永久磁鐵馬 達,其由一位在一由該等永久磁鐵所形成的磁場內的線圈 所形成,其中該線圏或該等磁鐵係被固定於該對夾爪件之 一者上用以與其一起移動於電線給送及扯斷方向上,該音 圏及該對磁鐵的另一者被固定一打線頭支撐件上。 明 說 單 簡 式 I--------批衣------1T------# (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 的 明 發本 說 以 加 來 圖 附 照 參 式 方 的 例 舉 以 將 例 施 經濟部智慧財產局工消費合作社印製 立 的 頭 線 打 ‘ 形 楔 之 例 施 實 1 的 明 發 本 據 依1 爲 : 圖 中1 其第 圖 圖 匱 灃 SHn ΜΉΝ 立 立 的 的 節 節 細 細 的·,的 圖構圖 1機1 第的第 爲量爲 圖力圖 2 線 3 ;第打第 圖 該 ., 體加制 施 及 器 匕匕 肯 換 該 示 顯 其 機 持 夾 線 但 該 示 顯 其 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210 X 297公釐) 490346 A7 B7 五、發明説明(6 ) 第4圖顯示爲了淸楚起見而與該打線頭分開來之第3圖 中之電線夾持機制的細節;及 第5圖爲該電線給送及扯斷機制的一部分的側視圖。 符號說明 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 、-口 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 1 打線頭 2 打線頭框架 10 換能器 11 換能器緊固件 12 楔形件 13 接頭 14 接觸感應器 15 活動線圈永久磁鐵馬達 16 活動線圈 17 磁鐵 18 打線力量感應器 20 電線夾持組件 21 固定夾爪件 · 22 活動夾爪件 23 滑動單元 24 活動線圏 25 磁鐵 26 軸承 27 活動板 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS〉A4規格(210 X 297公釐) 490346 A7 B7 五、發明説明(7 ) 發明詳細說明: 首先參照第丨圖,其顯示一楔形打線設備的打線頭丨的 大體結搆。該打線頭1被固定於一打線頭框架2上其讓該打 線頭1能夠被固定於一滑動機構(未示出)上,該滑動機構讓 該打線頭1在打線操作期間能夠上下移動於Z方向上。用來 讓該打線頭1移動於Z方向上的機構被提供。該打線頭1包 括數個次組件,特別是一換能器組件及一電線夾持組件, 這兩者將於下文中詳細說明。該換能器組件是用來提供形 成該接合所需的超音波能量,而該電線夾持組件則是用來 夾住該電線使得該電線在一打線已完成之後可被扯斷及用 來提供電線以供下一打線所需。 第2圖顯示該換能器組件的細節及爲了淸晰起見顯示 與該打線頭1的其它部分分開來的換能器組件。該換能器 組件的主要構件爲換能器10其被固定於該組件的一端上位 在一換能器緊固件11內且在該組件的另一遠端上設置了一 楔形件12。該換能器緊固件11藉由一撓性接頭13(第1圖) 而被安裝於該打線頭框架件2上,該撓性接頭可爲一撓性 樞軸,被夾在一起的板片彈簧或一單片的撓性結構。 在一打線操作中,該換能器提供超音波能量至該楔形 件用以實施該打線的形成。在該打線形成之前,整個打線 頭被向下移動於Z方向上直到該楔形件1 2及該將被打線的 電線(其是由該電線給送及扯斷機構所提供,這將稍後加以 說明)與該電子元件(如一積體電路板)接觸爲止。一接觸感 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210X297公釐) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -?·口 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 490346 A7 __B7_ 五、發明説明(8 ) 應器1 4被用來偵測此接觸的程度,或該打線力量施加機構 的回饋控制可被用來偵測此控制。當此接觸被偵測到時, 該打線頭1被進一步向下移一小段距離用以確保該楔形件 於打線作業期間適當地接觸該電線。 在該打線作業期間,經由該楔形件施加一打線力量是 必需的。此打線力量必需加以小心地控制用以確保該楔形 件1 2將該電線壓抵住一被形成於該電子元件上的接合墊。 在本發明的此實施例中,該打線力量係藉由一活動線圈永 久磁鐵馬達1 5來施加,該馬達產生一相對於樞轉軸的切線 力,該樞轉軸是由該撓性接頭所界定因此造成該換能器組 件繞著該軸樞轉。換言之,該力量與該樞轉軸成直角並與 該軸離一段距離用以造成繞著該樞轉軸的樞轉運動。應被 瞭解的是,該力量可以是至少有一分量是如此的。該活動 線圈永久磁鐵馬達1 5包含一活動線圈1 6其被固定於該換能 器緊固件11上且其位在兩對固定在該打線頭框架件2上的 磁鐵17之間。· 使用一永久磁鐵馬達來提供該打線力量具有多項優點 。首先,雖然在打線期間線圈1 6將會相對於該~等磁鐵1 7移 動,但此移動非常的小且打線力量幾乎爲定値因爲由該活 動線圈所施加的力量於該打線力量的施加期間將不會顯著 地改變。因此可產生一定値的打線力量且亦不需針對不同 直徑及不同的電子元件重新調校該打線設備。再者’該打 線力量的控制可藉由控制流經該永久磁鐵馬達丨5的電流即 可輕易地達成。打線力量的線性控制可在一廣泛的位置及 本紙張尺度適用中國國家橾準{ CNS ) A4規格(210X297公釐] ~ ~ ---------^------IT--------^ (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 490346 A7 B7 五、發明説明(9 ) 電流範圍內獲得。此外’一打線力量感映器(如一壓電感應 器或應變感應器)丨8可被用來監視此打線力量且施加一打線 力量的閉迴路控。藉由利用該打線力量的閉迴路控制’可 一供省掉該接觸感應器。此外’該打線作業可利用一預線 程式化的打線力量產生機構來控制。 本發明的較佳實施例亦提供數項優於前技的機屜性優 點。例如,藉由將永久磁鐵放在打線頭框架件2上而不是 該換能器組件的一部分,該換能器組件的重量可被減輕, 其反應時間亦可相對應地變快。該永久磁鐵馬達不再需要 滑動零件,這可提尚其可罪度。該永久fe鐵馬達係位在該 換能器緊固件上與該換能器相反的一端上’藉此換能器組 件的質量可獲得平衡。除了改善換能器組件的反應之外’ 這亦可消除在高速已動於Ζ方向上時作用於該組件上的慣 性力的影響。. 現參照第3圖,其顯示該打線頭1的細節’即該電線夾 持組件20。第4圖顯示爲了淸楚地展示起見而與該打線頭 分開來的電線夾持組件。詳言之,該電線夾持組件包含一 對夾爪件,一固定的夾爪件2 1及一活動的夾爪‘件22。該電 線夾持組件藉由一滑動單元23而被安裝於該打線頭框架件 2上,該滑動單元讓該電線夾持組件20能夠移動於電線給 送方向上(第3圖)。一活動線圈24被固定於該活動夾爪件 22的後方,該活動線圈係位在兩對直接固定於該打線頭框 架件2上且沒有固定於該滑動單元23上的磁鐵25之間。由 活動線圈24及磁鐵25所形成的永久磁鐵馬達產生一力量其 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) Α4現格(210 X 297公釐) 訂 H 線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -12- 490346 A7 B7 五、發明説明(10 ) 造成該活動的夾爪件22繞著一受彈簧偏壓的軸成26樞轉遠 離/靠近該固定的夾爪件2 1。因此,只要供給電流至該活動 線圈24夾爪件即可打開及關閉。一擋止件可被提供於該打 線頭框架件2上用以限制該活動夾爪件2 2的運動。 在使用本發明的此實施例的打線設備時,在一打線已 被形成後,夾爪件2 1,22夾住該電線,同時該楔形件持續 施加一打線力量及該滑動單元23被操作沿著該電線給送方 向移動該夾持組件遠離該打線處用以扯斷該電線。下一打 線之電線的後續給送係以一傳統的順序來實施,例如揭示 於美國專利第4,603,803號中者,因此其將不再於本文中詳 細說明。 該電線夾持組件係藉由該恬動單元23而可滑動地安裝 於該打線頭框架2使得該電線夾持組件可沿著該給送軸被 移動,其可被設定爲與水平成任何所想要的角度,如30度 ,45度或60度。該滑動單元23可由一螺線圈,步進馬達 或類此者作用於該滑動單元23的活動板27上來加以驅動。 應被瞭解的是,在第5圖所示的例子中,在該電線夾 持組件沿著給送方向移動期間,活動線圈24保持在磁鐵25 之間,因此夾爪件21,22可在該循環的任何時間被打開或 關閉,因而讓該電線夾持組件的打開/關閉與電線夾持組件 的位置脫離。這可讓該電線夾持組件的性能速度最佳化, 因爲該組件不需要在給定位置來讓該夾爪件2 1,22被打開 或關閉。雖人由該音圈馬達所產生的力量的作用線會因爲 活動線圈24相對該等磁鐵25的運動而被位移,但此位移將 本紙张尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210X297公釐) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 、言 Γ 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -13- 490346 A7 B7 五、發明説明(彳彳) 會很小且將只號造成小於1 %的夾持力量改變。 藉由該夾持力量組件的設計’使用一永久磁鐵馬達來 產生該夾持力量具有多項優於前技的優點。詳言之,使用 一永久磁鐵馬達能夠可靠第控制該夾持力量其在一廣泛的 範圍內爲線性的。該永久磁鐵馬達不具有滑動零件因此是 高度可靠的,及藉由將磁鐵25放在該打線頭框架件2上, 該電線夾持組件的重量可被減輕,使得其反應時間亦較快 〇 應被瞭解的是,在永久磁鐵馬達的設計中,熟悉此技 藝者將可意識到有多種的變化。例如,線圈可相對於固定 的磁鐵移動,或磁鐵可相對於線圏移動。此外,線圈可位 在一由多個磁鐵所產生的磁場內,或位在一磁鐵的兩個磁 極之間(如一 U形磁鐵)。本發明包含所有這些可能性。 I---------1衣------1T------# (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210X297公釐) -14 -
Claims (1)
- 490346 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 1. 一種打線頭,其使用於一將電線接合於一電子元件 上之打線設備上,該打線頭包含: (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) (a) —打線構件,用來施加一打線力量於該電線上,該 打線構件被設計成可繞著一軸樞轉; (b) 用來產生該打線力量的機構,其包含一永久磁鐵馬 達用來產生一力量使得當該打線構件施加該打線力量時可 造成該打線構件繞著該軸樞轉; (c) 與該打線力量產生機構不同的機構,用來將該打線 頭移動於一朝向及遠離該電子元件的垂直方向上。 2. 如申請專利範圍第1項所述之打線頭,其中該打線設 備爲一楔形打線設備且該打線構件包含一固定於該換能器 的一遠端上的楔形件,且該永久磁鐵馬達產生一會造成該 換能器繞著一軸樞轉的力量,藉此該打線力量係經由該楔 形件被施加的。 經濟部智慧財產局員工消费合作社印製 3. 如申請專利範圍第2項所述之打線頭,其中該換能器 及該永久磁鐵馬達被固定於一換能器緊固件的相反側上’ 該緊固件係利用一撓性接頭而固定於一打線頭框架件上’ 藉此當該永久磁鐵馬達施加該力量時,該換能器緊固件即 會繞著該撓性接頭樞轉。 4. 如申請專利範圍第3項所述之打線頭,其中一移動線 圈被設置於一磁鐵與多個固定於該打線頭框架件上的永久 磁鐵之間。 5. 如申請專利範圍第2項所述之打線頭,其中該永久磁 鐡馬達,該換能器的縱軸及被施加之打線力量的方向都是 本紙張尺度逋用中國國家梂準(CNS ) A4規格(210 X四7公釐) -15- 490346 A8 B8 C8 D8 々、申請專利範圍 在同一平面上。 6·如申請專利範圍第3項所述之打線頭,其更包含一打 線力量感應器,其位在該換能器緊固件上。 7 ·如申請專利範圍第6項所述之打線頭,其中打線力量 感應器提供該永久磁鐵馬達一閉迴路控制。 8 ·如申請專利範圍第1項所述之打線頭,其更包含可程 式的控制機構用來控制被施加的打線力量。 9 ·如申請專利範圍第1項所述之打線頭,其更包含一接 觸感應器。 10. —種用於一楔形打線設備中的打線頭,該楔形打線 設備是用來將一電線接合於一電子元件上,該打線頭包含 :電線給送及扯斷機構用來夾持一被給送的電線及在一打 線已完成之後用來扯斷一電線,該電線夾持機構包含一對 夾爪件及用來造成該對夾爪件開及閉運動的機構,.其中該 造成該對夾爪件開及閉運動的機構包含一永久磁鐵馬達, 其由一位在一由該等永久磁鐵所形成的磁場內的線圈所形 成,其中該線圈或該等磁鐵係被固定於該對夾爪件之一者 上用以與其一起移動於電線給送及扯斷方向上,該音圈及 該對磁鐵的另一者被固定一打線頭支撐件上。 11. 如申請專利範圍第10項所述之打線頭,其中該對夾 爪件的一第一者被固定及該永久磁鐵馬達造成另一夾爪件 的開及閉運動。 12. 如申請專利範圍第1 1項所述之打線頭,其中該永久 磁鐵馬達包含一線圈其被固定於該活動的夾爪件上且位在 本紙張尺度適用中國國家梂準(CNS ) A4規格(210X297公釐) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) Γ r 經濟部智慧財產局員工消资合作社印製 -16 - 490346 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 由至少一磁鐵所形成的一磁場中,其中該永久磁鐵馬達造 成該活動的夾爪件繞著一軸相對於該固定的夾爪樞動。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) Π.如申請專利範圍第12項所述之打線頭,其中,該活 動的夾爪件繞著一預受力的軸承樞轉。 14. 如申請專利範圍第13項所述之打線頭,其中該等夾 爪件及活動的線圈藉由一滑動單元而被固定於一打線頭框 架件上,且其中該等永久磁鐵係直接固定於該框架件上。 15. 如申請專利範圍第14項所述之打線頭,其中該線圈 被設置成可使得給送方向位在該線圏的平面上及可使得介 於該線圈與該等磁鐵之間的距離於線圈移動於給送方向時 可保持相同 16. —種用.於一楔形打線設備中的打線頭,該楔形打線 設備是用來將一電線接合於一電子元件上,該打線頭包含 U)—打線構件,用來施加一打線力量於該電線上,該 打線構件被設計爲可繞著一軸樞轉; 經濟部智慧財產局員工消肯合作社印製 Xb)用來產生該打線力量的機構,其包含一永久磁鐵馬 達用來產生一力量使得當該打線構件施加該打線力量時可 造成該打線構件繞著該軸.樞轉; (c)與該打線力量產生機構不同的機構,角來將該打線 頭移動於一朝向及遠離該電子元件的垂直方向上;及 (d)電線給送及扯斷機構用來夾持一被給送的電線及在一打 線已完成之後用來扯斷一電線,該電線夾持機構包含一對 夾爪件及用來造成該對夾爪件開及閉運動的機構,其中該 本紙張尺度逋用中國國家梂準(CNS ) A4規格(210X297公釐) -17- 49U346 A8 B8 C8 _______ D8 六、申請專利範圍 - 造成該對夾爪件開及閉運動的機構包含一永夂 八姆鐵馬達, 其由一位在一由該等永久磁鐵所形成的磁場內的線圏所形 成’其中該線圈或該等磁鐵係被固定於該對夾爪件之一者 上用以與其一起移動於電線給送及扯斷方向上,該音圈及 該對磁鐵的另一者被固定一打線頭支撐件上。 I----Η--ΓΙ^ΙΙ----—訂-------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合A社印製 本紙張尺度逋用中國國家播準(CNS ) Α4洗格(210Χ297公釐) -18-
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