WO2016135938A1 - フラックス - Google Patents

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裕之 山▲崎▼
崇史 萩原
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千住金属工業株式会社
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    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C13/00Alloys based on tin

Definitions

  • the present invention relates to a flux used for soldering a resin-coated wire in which a resin coating is removed by melting with heat.
  • the flux used for soldering removes metal oxides present on the surface of the solder and the metal to be soldered at a temperature at which the solder melts, and enables movement of metal elements at the boundary between the two. Has efficacy.
  • the metal of the object to be joined such as aluminum or aluminum alloy, copper to be joined to aluminum or aluminum alloy is corroded, and reliability after soldering cannot be secured.
  • the activity of the flux is weak, the oxide film cannot be removed sufficiently, so that the wettability of the solder is poor and the solderability is poor.
  • JP 2002-59293 A Japanese Patent No. 5435186
  • the wiring that has not been removed from the connection portion is heated to a temperature higher than the melting temperature and melted into solder.
  • a technique for soldering the core wire by melting the coating with heat by soaking has been proposed.
  • polyurethane is known to be attacked by alkali. Therefore, after removing the coating by immersing the polyurethane-coated aluminum wire in the molten solder, the residue of the coating can be removed by applying the solder added with alkanolamine and soldering.
  • the present invention has been made to solve such problems, and an object of the present invention is to provide a flux that can improve the solubility of the resin coating and suppress corrosion.
  • the inventors of the present application add resin to the liquid flux to which alkanolamine, amine fluoride salt and solvent are added, by adding an organic acid that neutralizes alkanolamine and forms a salt that is hardly soluble in water.
  • the present inventors have found a composition that improves the solubility of the resin and suppresses the corrosion of the joining objects and eliminates the need for cleaning the flux residue.
  • the present invention is a flux in which 10 to 20% by mass of alkanolamine, 5 to 10% by mass of an amine fluoride salt, 10 to 20% by mass of an organic acid, and 50 to 75% by mass of a solvent are added.
  • An amine boron trifluoride complex may be used in place of the amine fluoride salt.
  • An amine fluoride salt and an amine boron trifluoride complex may be used in combination.
  • the solubility of the coating of the resin-coated wire by the resin is improved by the addition of alkanolamine.
  • the coating residue can be sufficiently removed by applying the flux and soldering. Therefore, there is no coating residue that hinders the spreading of the solder during soldering, and solderability is improved.
  • alkanolamine and amine fluoride salt even if the object to be joined is aluminum or an aluminum alloy, the oxide film on the metal surface can be removed, and the solderability is improved.
  • the addition of an organic acid that neutralizes the alkanolamine and generates a salt that is hardly soluble in water suppresses the alkanolamine from remaining alone in the flux residue, thereby improving the corrosion resistance.
  • the hygroscopicity can be suppressed, and the corrosion of the joining object due to the flux residue can be suppressed. Therefore, the flux residue can be used without washing.
  • the flux of the present embodiment is a liquid flux in which an amine compound, an activator and an acid are dissolved in a solvent.
  • alkanolamine is added to the amine compound in order to improve the solubility of the resin-coated wire.
  • the alkanolamine include ethanolamine, 3-amino-1-propanol, 1-amino-2-propanol, diethanolamine, diisopropanolamine, triethanolamine, triisopropanolamine, N- (2-hydroxypropyl) ethylenediamine, N- (3-hydroxypropyl) ethylenediamine, N, N′-bis (2-hydroxypropyl) ethylenediamine, N, N′-bis (3-hydroxypropyl) ethylenediamine, N, N, N ′, N′-tetrakis ( 2-hydroxypropyl) ethylenediamine, N, N, N ′, N′-tetrakis (3-hydroxypropyl) ethylenediamine and the like are alkanolamines having 2 to 15 carbon atoms, preferably alkanolamines having 9 to 15 carbon atoms. And above Either
  • the amount of alkanolamine added is set to 10% by mass or more and 20% by mass or less in consideration of the solubility and the corrosiveness of the coating.
  • the activator is preferably added as a salt, and an amine fluoride salt formed by reacting a halogen compound, an amine compound and an acid is added.
  • an amine fluoride salt formed by any amine compound of pyridine derivative, imidazole derivative, guanidine derivative, ethylamine or pipecoline and any acid of hydrofluoric acid, borohydrofluoric acid or hexafluorosilicic acid. Is mentioned.
  • the addition amount of the amine fluoride salt is set to 5% by mass or more and 10% by mass or less in consideration of solderability and corrosiveness.
  • Acid is an organic acid that neutralizes alkanolamine and forms a salt that is hardly soluble in water.
  • organic acid a long chain fatty acid having 16 to 24 carbon atoms is added.
  • long chain fatty acids include palmitic acid, stearic acid, and arachidic acid.
  • the amount of the organic acid added may be large in order to form a salt, but is 10% by mass or more and 20% by mass or less in consideration of the amount of alkanolamine added.
  • a lower alcohol having 1 to 5 carbon atoms is added.
  • the lower alcohol include ethanol, 1-propanol, 2-propanol, 1-butanol and the like.
  • the addition amount of the solvent was set to 50% by mass or more and 75% by mass or less in consideration of the addition amount of alkanolamine, amine fluoride salt and organic acid.
  • the base material When the base material is added to the flux, the base material is required to have heat resistance capable of protecting the activator component from heat without being decomposed or volatilized at the heating temperature during soldering.
  • the base material On the other hand, components that do not decompose or evaporate at the heating temperature during soldering remain around the soldered part as flux residues after soldering.
  • the flux residue is soluble in water, corrosion may occur in the soldered part or the like due to moisture absorption of the flux residue in products after soldering such as electronic parts and substrates. For this reason, when the component used as a flux residue is soluble in water, the flux residue needs to be washed.
  • a resin that is insoluble in water, soluble in a solvent, and soluble at the heating temperature during soldering so that the activator can come into contact with the metal to be soldered is added.
  • the resin for example, an acrylic resin is added.
  • rosin having a low acid value, in this example, an acid value of 30 or less is added as a base material in consideration of solderability.
  • rosin for example, rosin ester is added.
  • the amount of the acrylic resin or rosin swell added was 0% by mass to 5% by mass.
  • evaluation method (a) Solderability A test piece was prepared by winding a polyurethane-coated aluminum wire having a diameter of ⁇ 0.55 mm around a Sn—Ni plated Cu pin without removing the coating. This test piece was immersed in solder melted at 370 ° C. for 5 seconds to dissolve and remove the coating.
  • the flux was applied to the test piece from which the polyurethane-coated aluminum wire had been removed.
  • the tip of the test piece to which the flux is applied is immersed in a solder melted at 370 ° C. for about 3 seconds, and the solvent component in the flux is volatilized. It was soaked for about 2 to 10 seconds and soldered.
  • alkanolamine, amine fluoride salt and organic acid are added to the flux within a predetermined range, and a solvent is added within a predetermined range according to the amount of alkanolamine, amine fluoride salt and organic acid added. It was found that good solderability and good corrosion resistance can be obtained.
  • the addition amount of the amine fluoride salt is 5% by mass or more and 10% by mass or less, the oxide film on the aluminum surface and the Sn-Ni plated Cu surface can be removed and good wettability can be obtained. It was found that good solderability was obtained, corrosion could be suppressed, and good corrosion resistance could be obtained.
  • the addition amount of the organic acid is 10% by mass or more and 20% by mass or less, corrosion can be suppressed and good corrosion resistance can be obtained even if a flux to which alkanolamine is added is used. It was.
  • Example 4 In the case of adding a base material, in Example 4 in which an acrylic resin insoluble in water was added, and in Example 5 in which an rosin ester having an acid value of 30 or less was added, good without inhibiting good solderability It was found that excellent corrosion resistance was obtained.
  • the addition amount of the acrylic resin or the rosin ester having an acid value of 30 or less is 0% by mass or more and 5% by mass or less, good corrosion resistance can be obtained without inhibiting good solderability.
  • the addition amount of the solvent is 50% by mass or more and 75% by mass or less depending on the addition amount of alkanolamine, amine fluoride salt, organic acid and base material, good solderability and good corrosion resistance are not hindered. I found out.
  • the present invention is applied to soldering of a resin-coated wire in which a core wire of aluminum or an aluminum alloy is coated with a resin.

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Abstract

 樹脂の被覆の溶解性を向上させ、かつ、腐食を抑制できるフラックスを提供する。アミン化合物、活性剤及び酸が、溶剤に溶かされた液状フラックスであり、アミン化合物としてアルカノールアミンが10~20質量%、活性剤としてアミンフッ化物塩が5~10質量%、酸としてアルカノールアミンを中和し、水に溶けにくい塩を生成する有機酸が10~20質量%、溶剤が50~75質量%添加されたフラックスである。

Description

フラックス
 本発明は、樹脂の被覆を熱で溶かして除去した樹脂被覆線のはんだ付けで使用されるフラックスに関する。
 一般的に、はんだ付けに用いられるフラックスは、はんだが溶融する温度にて、はんだ及びはんだ付け対象の金属表面に存在する金属酸化物を除去し、両者の境界で金属元素の移動を可能にする効能を持つ。
 近年、銅(Cu)による配線に代えて、アルミニウム(Al)あるいはアルミニウム合金による配線が提案されている。アルミニウムに対するはんだ付けは、アルミニウムあるいはアルミニウム合金の表面に形成される酸化膜の除去が困難であることが知られており、活性力が強いフラックスが使用されていた。
 しかし、フラックスの活性力が強すぎると、アルミニウムあるいはアルミニウム合金、アルミニウムあるいはアルミニウム合金と接合される銅等の接合対象物の金属を腐食するので、はんだ付け後の信頼性を確保できない。一方、フラックスの活性力が弱いと、酸化膜の除去が十分に行えないことから、はんだの濡れ性が悪く、はんだ付け性が劣る。
 そこで、従来、フッ素化金属塩と有機酸の金属塩及びアミノアルコールのフッ化水素酸塩が添加されたフラックスが提案されている(例えば、特許文献1参照)。しかし、水溶性のアルコールアミンが添加されたフラックスでは、フラックス残渣の吸湿によりはんだ付け部等で腐食が進行する虞がある。このため、フラックス残渣の洗浄が必要である。
 これに対し、発明者らは、アルミニウムあるいはアルミニウム合金の表面に形成される酸化膜の除去が可能なフラックスにおいて、無洗浄で使用できるフラックスを提案している(特許文献2参照)。
特開2002-59293号公報 特許5435186号公報
 アルミニウムまたはアルミニウム合金の芯線を、樹脂としてポリウレタンで被覆したポリウレタン被覆アルミニウム線を使用する場合、接続箇所の被覆を除去していない配線を、溶融温度より高い温度で加熱されて溶融しているはんだに漬けることで、被覆を熱で溶かして芯線のはんだ付けを行う技術が提案されている。
 しかし、ポリウレタン被覆アルミニウム線等の樹脂被覆線を、被覆を除去していない状態で溶融したはんだに漬けても、被覆を十分に除去することができなかった。被覆が十分に除去できずに残留していると、アルミニウムあるいはアルミニウム合金の表面に形成される酸化膜の除去が可能なフラックスを用いても、はんだ付け時には、はんだの濡れ広がりが被覆の残留物により阻害される。これにより、はんだの濡れ性が悪く、はんだ付け性が悪化する。
 また、ポリウレタンは、アルカリによって侵されることが知られている。そこで、溶融したはんだにポリウレタン被覆アルミニウム線を漬けて被覆を除去した後、アルカノールアミンが添加されたフラックスを塗布してはんだ付けを行うことで、被膜の残留物の除去が可能になる。
 しかし、アルカノールアミンがフラックス残渣として残留すると、接合対象物の腐食が進行するので、フラックス残渣の洗浄による除去が必要であり、洗浄が不十分であると、はんだ付け後の信頼性を確保できない。
 本発明は、このような課題を解決するためなされたもので、樹脂の被覆の溶解性を向上させ、かつ、腐食を抑制できるフラックスを提供することを目的とする。
 本願の発明者らは、アルカノールアミンとアミンフッ化物塩と溶剤が添加された液状のフラックスに、アルカノールアミンを中和し、水に溶けにくい塩を生成する有機酸を添加することで、樹脂の被覆の溶解性を向上させると共に、接合対象物の腐食を抑制しフラックス残渣の洗浄を不要とした組成を見出した。
 本発明は、アルカノールアミンが10~20質量%、アミンフッ化物塩が5~10質量%、有機酸が10~20質量%、溶剤が50~75質量%添加されたフラックスである。
 アミンフッ化物塩の代わりにアミン三フッ化ホウ素錯体を用いても良い。また、アミンフッ化物塩とアミン三フッ化ホウ素錯体を併用しても良い。
 本発明のフラックスでは、水に不溶なアクリル樹脂、あるいは、酸価が30以下のロジンエステルが、0~5質量%添加されても良い。
 本発明のフラックスでは、アルカノールアミンの添加により、樹脂被覆線の樹脂による被覆の溶解性が向上する。これにより、溶融したはんだに樹脂被覆線を漬けて被覆を熱で溶かした後、フラックスを塗布してはんだ付けを行うことで、被覆の残留物を十分に除去できる。よって、はんだ付け時にはんだの濡れ広がりを阻害する被覆の残留物が存在せず、はんだ付け性が向上する。
 また、アルカノールアミンとアミンフッ化物塩の添加により、接合対象物がアルミニウムまたはアルミニウム合金であっても、金属表面の酸化膜の除去が行え、はんだ付け性が向上する。
 更に、アルカノールアミンを中和し、水に溶けにくい塩を生成する有機酸の添加により、アルカノールアミンが単体でフラックス残渣に残留することが抑制され、耐腐食性を向上させることができる。水に溶けにくい塩を生成することで吸湿性を抑えることができ、フラックス残渣による接合対象物の腐食が抑えられることから、フラックス残渣を無洗浄で使用することができる。
 本実施の形態のフラックスは、アミン化合物、活性剤及び酸が、溶剤に溶かされた液状フラックスである。
 アミン化合物は、樹脂被覆線の被覆の溶解性を向上させるため、アルカノールアミンが添加される。アルカノールアミンとしては、例えば、エタノールアミン、3-アミノ-1-プロパノール、1-アミノ-2-プロパノール、ジエタノールアミン、ジイソプロパノールアミン、トリエタノールアミン、トリイソプロパノールアミン、N-(2-ヒドロキシプロピル)エチレンジアミン、N-(3-ヒドロキシプロピル)エチレンジアミン、N,N'-ビス(2-ヒドロキシプロピル)エチレンジアミン、N,N'-ビス(3-ヒドロキシプロピル)エチレンジアミン、N,N,N',N'-テトラキス(2-ヒドロキシプロピル)エチレンジアミン、N,N,N',N'-テトラキス(3-ヒドロキシプロピル)エチレンジアミンなどの炭素数が2~15のアルカノールアミン、好ましくは炭素数が9~15のアルカノールアミンが挙げられ、上記のアルカノールアミンの何れか、あるいは、これらのうちの複数が添加される。
 アルカノールアミンの添加量を減らすと、被覆の溶解性が低下し、被覆を十分に除去することができず、はんだ付け性が低下する。一方、アルカノールアミンの添加量が増えてフラックス残渣として残留すると、接合対象物の腐食を抑制できない。そこで、アルカノールアミンの添加量は、被覆の溶解性と腐食性を考慮して、10質量%以上20質量%以下とした。
 活性剤は、塩としての添加が好ましく、ハロゲン化合物とアミン化合物と酸が反応して生成されるアミンフッ化物塩が添加される。アミンフッ化物塩としては、ピリジン誘導体、イミダゾール誘導体、グアニジン誘導体、エチルアミン、ピペコリンの何れかのアミン化合物と、フッ化水素酸、ホウフッ化水素酸、ヘキサフルオロケイ酸の何れかの酸によって生成される塩が挙げられる。
 アミンフッ化物塩の添加量を減らすと、酸化膜の除去が十分に行えずはんだ付け性が低下する。一方、アミンフッ化物塩の添加量が増えると、接合対象物の腐食を抑制できない。そこで、アミンフッ化物塩の添加量は、はんだ付け性と腐食性を考慮して、5質量%以上10質量%以下とした。
 酸は、アルカノールアミンを中和し、水に溶けにくい塩を形成させる有機酸である。有機酸としては、炭素数が16~24の長鎖脂肪酸が添加される。長鎖脂肪酸としては、例えば、パルミチン酸、ステアリン酸、アラキジン酸が挙げられる。
 有機酸の添加量は、塩を生成するため多くても良いが、アルカノールアミンの添加量を考慮して、10質量%以上20質量%以下とした。
 溶剤は、炭素数が1~5の低級アルコールが添加される。低級アルコールとしては、例えば、エタノール、1-プロパノール、2-プロパノール、1-ブタノールなどが挙げられる。溶剤の添加量は、アルカノールアミンとアミンフッ化物塩及び有機酸の添加量を考慮して、50質量%以上75質量%以下とした。
 フラックスにベース材を添加する場合、ベース材には、はんだ付け時の加熱温度で分解、揮発せず、活性剤成分を熱から保護できる耐熱性が求められる。一方、はんだ付け時の加熱温度で分解、蒸発しない成分は、はんだ付け後にフラックス残渣としてはんだ付け部の周辺に残留する。
 フラックス残渣が水に可溶であると、電子部品や基板等、はんだ付け後の製品において、フラックス残渣の吸湿によりはんだ付け部等で腐食が進行する虞がある。このため、フラックス残渣となる成分が水に可溶であると、フラックス残渣の洗浄が必要である。
 そのため、ベース材を添加する場合は、水には不溶で溶剤には可溶、かつ、活性剤がはんだ付けの対象となる金属と接触できるように、はんだ付け時の加熱温度で可溶な樹脂が添加される。樹脂としては、例えばアクリル樹脂が添加される。あるいは、ベース材として、はんだ付け性を考慮して、酸価が低い、本例では酸価が30以下のロジンが添加される。ロジンとしては、例えばロジンエステルが添加される。アクリル樹脂あるいはロジンエスエルの添加量は、0質量%以上5質量%以下とした。
 以下の表1に示す組成で実施例と比較例のフラックスを調合し、はんだ付け性、腐食性について検証した。
(1)評価方法
 (a)はんだ付け性
 直径がφ0.55mmのポリウレタン被覆アルミニウム線を、被覆を除去せずにSn-NiめっきCuピンに巻き付けて試験片を作成した。この試験片を、370℃で溶融させたはんだに5秒間漬けて、被覆を溶かして除去した。
 ポリウレタン被覆アルミニウム線の被覆を除去した試験片にフラックスを塗布した。フラックスを塗布した試験片の先端を、370℃で溶融させたはんだに3秒間程度漬けて、フラックス中の溶剤成分を揮発させる処理を行った後、試験片を370℃で溶融させたはんだに5秒~10秒間程度漬けてはんだ付けを行った。
 (b)腐食性
 銅板にフラックスを塗布し、温度40℃、相対湿度95%の環境で96時間放置した。
(2)判定基準
 (a)はんだ付け性
 ◎:良好にはんだ付けされている
 ○:小さいがぬれ広がる
 △:付いてはいるが広がっていない
 ×:はんだが付いていない
 (b)腐食性
 ○:腐食が見られなかった
 △:一部に腐食が見られた
 ×:腐食が見られた
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
 表1の結果から、ポリウレタン被覆アルミニウム線を溶融したはんだに漬けて被覆を除去した後に、いずれかの実施例のフラックスを塗布してはんだ付けを行うことで、被覆の残留物をはんだ付け時の加熱で溶かして除去できることが判った。
 すなわち、表1の結果から、フラックスにアルカノールアミン、アミンフッ化物塩及び有機酸を所定の範囲で添加する共に、アルカノールアミン、アミンフッ化物塩及び有機酸の添加量に応じた所定の範囲で溶剤を添加することで、良好なはんだ付け性及び良好な耐腐食性が得られることが判った。
 これに対し、アルカノールアミンの添加量を減らした比較例4、及び、アルカノールアミンが不添加の比較例5では、はんだ付け性が悪化した。これは、アルカノールアミンの添加量が少ない、あるいは不添加であると、被覆の残留物が侵されないため、熱では十分に除去できないためであると考えられる。
 これにより、アルカノールアミンの添加量を10質量%以上20質量%以下とすれば、樹脂の被覆の溶解性が向上し、良好ははんだ付け性が得られることが判った。
 また、アミンフッ化物塩の添加量を増やした比較例3では、耐腐食性が悪化した。これは、フラックスの活性力が強くなり過ぎるためであると考えられる。
 これにより、アミンフッ化物塩の添加量を5質量%以上10質量%以下とすれば、アルミニウム表面及びSn-NiめっきされたCu表面の酸化膜を除去して良好な濡れ性が得られることで良好なはんだ付け性が得られ、かつ、腐食を抑制でき、良好な耐腐食性が得られることが判った。
 更に、表1の結果から、有機酸が不添加の比較例1では、耐腐食性が悪化した。これは、所定量のアルカノールアミンを添加した場合、アルカノールアミンの余剰分を中和できる有機酸が存在しないため、アルカノールアミンが単体でフラックス残渣に残留するためであると考えられる。
 これにより、有機酸の添加量を10質量%以上20質量%以下とすれば、アルカノールアミンが添加されたフラックスを使用しても、腐食を抑制でき、良好な耐腐食性が得られることが判った。
 ベース材を添加する場合、水に不溶なアクリル樹脂が添加された実施例4、酸価が30以下のロジンエステルが添加された実施例5では、良好なはんだ付け性を阻害することなく、良好な耐腐食性が得られることが判った。
 これに対し、酸価が30を超える重合ロジンが添加された比較例2では、はんだ付け性が悪化した。これは、ロジンの酸価が上がることでフラックス中の酸性度が上がり、アルミニウムの酸化膜を除去しづらくなることにより、はんだ付け性が悪くなるためであると考えられる。
 これにより、アクリル樹脂あるいは酸価が30以下のロジンエステルの添加量を0質量%以上5質量%以下とすれば、良好なはんだ付け性を阻害することなく、良好な耐腐食性が得られることが判った。溶剤の添加量は、アルカノールアミン、アミンフッ化物塩、有機酸及びベース材の添加量に応じて50質量%以上75質量%以下とすれば、良好なはんだ付け性及び良好な耐腐食性を阻害しないことが判った。
 本発明は、アルミニウムまたはアルミニウム合金の芯線が樹脂で被覆された樹脂被覆線のはんだ付けに適用される。

Claims (5)

  1.  アルカノールアミンが10~20質量%、アミンフッ化物塩及び/またはアミン三フッ化ホウ素錯体が5~10質量%、アルカノールアミンを中和し、水に溶けにくい塩を生成する有機酸が10~20質量%、溶剤が50~75質量%添加された
     ことを特徴とするフラックス。
  2.  水に不溶なアクリル樹脂、あるいは、酸価が30以下のロジンエステルが、0~5質量%添加された
     ことを特徴とする請求項1に記載のフラックス。
  3.  アルカノールアミンとしてエタノールアミン、3-アミノ-1-プロパノール、1-アミノ-2-プロパノール、ジエタノールアミン、ジイソプロパノールアミン、トリエタノールアミン、トリイソプロパノールアミン、N-(2-ヒドロキシプロピル)エチレンジアミン、N-(3-ヒドロキシプロピル)エチレンジアミン、N,N'-ビス(2-ヒドロキシプロピル)エチレンジアミン、N,N'-ビス(3-ヒドロキシプロピル)エチレンジアミン、N,N,N',N'-テトラキス(2-ヒドロキシプロピル)エチレンジアミン、N,N,N',N'-テトラキス(3-ヒドロキシプロピル)エチレンジアミンが添加される
     ことを特徴とする請求項1または請求項2に記載のフラックス。
  4.  アミンフッ化物塩としてピリジン誘導体、イミダゾール誘導体、グアニジン誘導体、エチルアミン、ピペコリンの何れかのアミン化合物と、フッ化水素酸、ホウフッ化水素酸、ヘキサフルオロケイ酸の何れかの酸によって生成される塩が添加される
     ことを特徴とする請求項1または請求項2に記載のフラックス。
  5.  有機酸としてパルミチン酸、ステアリン酸、アラキジン酸が添加される
     ことを特徴とする請求項1または請求項2に記載のフラックス。
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