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什么是图像转移
什么是图像转移
制造印制板过程中的一道工序就是将照相底版上的电路图像转移到覆铜箔层压板上,形成一种抗蚀或抗电镀的掩膜图像。
抗蚀图像用于“印制蚀刻工艺”,即用保护性的抗蚀材料在覆铜箔层压板上形成正相图像,那些未被抗蚀剂保护的不需要的铜箔,在随后的化学蚀刻工序中被去掉,蚀刻后去除抗蚀层,便得到所需的裸铜电路图像。
而抗电镀图像用于“图形电镀工艺”,即用保护性的抗蚀材料在覆铜层压板上形成负相图像,使所需要的图像是铜表面,经过清洁、粗化等处理后,在其上电镀铜或电镀金属保护层(锡铅、锡镍、锡、金等),然后去掉抗蚀层进行蚀刻,电镀的金属保护层在蚀刻工序中起抗蚀作用。
以上两种工艺过过程概括如下:
印制蚀刻工艺流程:
下料→板面清洁处理→涂湿膜→曝光→显影(贴干膜→曝光→显影)→蚀刻→去膜→进入下工序
畋形电镀工艺过程概括如下:
下料→钻孔→孔金属化→预镀铜→板面清洁→涂湿膜→曝光→显影(贴干膜→曝光→显影)→形成负相图象
→图形镀铜→图形电镀金属抗蚀层→去膜→蚀刻→进入下工序
图像转移有两种方法,一种是网印图像转移,一种是光化学图像转移。
网印图像转移比光化学图像转移成本低,在生产批量大的情况下更是如此,但是网印抗蚀印料通常只能制造大于或等于o.25mm的印制导线,而光化学图像转移所用的光致抗蚀剂朗制造分辨率高的清晰图像。
本章所述内容为后一种方法。
光化学图像转移需要使用光致抗蚀剂,下面介绍有关光致抗蚀剂的一些基本知识
1)光致抗蚀剂:
用光化学方法获得的,能抵抗住某种蚀刻液或电镀溶液浸蚀的感光材料。
2)正性光致抗蚀剂:
光照射部分分解(或软化),曝光显影之后,能把生产用照相底版上透明的部分从板面上除去。
3)负性光致抗蚀剂:
光照射部分聚合(或交联),曝光显影之后,能把生产用照相底版上透明的部分保留在板面上。
4)光致抗蚀剂的分类:
按用途分为耐蚀刻抗蚀剂和耐电镀抗蚀剂。
按显影类型分为全水溶性抗蚀剂、半水溶性抗蚀剂和溶剂性抗蚀剂。
按物理状态分为液体抗蚀剂和干膜抗蚀剂。
按感光类型分为正性抗蚀剂和负性抗蚀剂。
电路图形转移材料的演变
印制电路图形的转移所使用的原材料,自出现印制电路以来,原材料的研制与开发科学攻关工作从未停止过。
从原始阶段设计采用抗蚀油漆或虫胶漆手工描绘简单的线路图形转移工艺技术的需要。
但随着微电子技术的飞速发展,大规模集成电路和超大规模集成电路的广泛应用,要求印制电路板的制造技术,必须适应高密度、高精度、细导线、窄间距及小孔径电路图形转移需要。
几十年来,研制与开发出新型的光致抗蚀剂与电路图形转移技术:
如光致抗蚀干膜、湿法贴膜技术、电泳光致抗蚀膜和直接成像技术,都逐步地被制造印制电路板商家所采用,使电路图形的转移品质大幅度的提高。
为叙述简便,就印制电路板制造过程中,所采用的电路图形转移原材料,按顺序加以简单论述:
一、液体感光胶:
液体感光胶在印制线路板初期生产中,被许多厂家所采用。
它具有极明显的优点即配制简单、涂层薄、分辨率高和成本较低等。
这些液体感光胶主体树脂最初采用以骨胶、聚乙烯醇胶为主。
前者的主要缺点是质量不稳定,控制厚度困难,与基材铜箔的表面敷形程度不太理想;后者虽然敷形程度好,但其涂覆层的厚度难以均匀一致的进行控制。
它们的分辨率却是很高的,导线宽度与间距可以达到0.15-0.05mm。
但由于受其涂布方法(手摇或涂布离心机)和涂层的非均匀性的限制,以及其抗蚀能力受室内环境的湿度影响较大,不适宜大批量印制电路板的生产。
二、光致抗蚀干膜:
光致抗蚀干膜是六十年代后期研制与开发出来的光成像原材料。
由主体树脂和光引发剂或光交联剂组成。
又根据感光材料的种类的不同,有的增加触变剂、流平剂、填料等。
此种材料的最大特点是分辨率高、抗蚀能力强、涂布均匀、感光层的厚度可制作成25μm、分辨率达到极限值为0.10mm。
工序操作简单易实现自动化生产,适合大批量印制电路板生产。
但随着组装密度要求越来越高,印制电路图形的导细更细和间距更窄。
采用此类光致抗蚀干膜,要制造出0.10-0.076mm导线宽度就显得更加困难。
而且制作出更薄的光致抗蚀干膜,从加工手段分析是不太可能。
所以,基干膜本身厚度与涂覆尺寸的收缩限制再提高是很困难的。
三、湿法贴膜技术:
从成本分析,采用干膜法进行图形转移,生产中采用此法时间最长,而采用湿法贴膜技术,是最近几年的事情。
它是利用干膜水溶性特点,使膜面部分液体形式排挤基板表面留在缺陷处的气泡并能填满和粘着牢固,经湿影后确保细导线图形的完整性和一致性。
其实质是排挤基板面上与干膜间残留的微气泡,以免造成精细导线产生质量缺陷(缺口、针孔、断线等)。
其分辨率可达到0.08mm。
但是这种工艺方法也不可能再继续提高其分辨率。
四、阳极法电沉积光致抗蚀剂:
印制电路图形的导线越来越细、孔径越来越小及孔环越来越窄的发展趋势永无停止,芯片间脚间距从1.27mm降到0.75-0.625mm甚至更小。
实际上焊盘尺寸仅比孔径大0.05mm;当孔中心距为1.25mm中间布线0.10mm三根导线,此时焊盘仅比孔径大0.12mm。
因此焊盘每边比孔径大0.06mm。
这种规格要求的印制电路板无论是双面、多层或SMT用印制电路板以及出现BGA板即球栅阵列一种组装结构工艺。
就BGA用的多层印制电路板板(外层导线宽度为0.10-0.12mm、内层导线宽度为0.10mm、间距为0.075mm),其电路图形的转移采用上述任何原材料都无法达到其技术指标。
因此研制与开发更新型的光致抗蚀剂-阳极法电沉积光致抗蚀剂(ED法)其基本原理是将水溶性的有机酸化合物等溶于槽液内,形成带有正、负荷的有机树脂团,而把基板铜箔作为一个极性(类似电镀一样)进行“电镀”即电泳,在铜的表面形成5-30μm光致抗蚀膜层,是可控制的。
其分辨率可达到0.05-0.03mm。
这种电路图形转移材料是很有发展前途的工艺方法。
当然任何新型有图形转移材料都有它的局限性,随着高科技的发展还会研制与开发更适合更佳的原材料。
图形转移过程控制
四川超声印制板有限公司彭荣超
摘要:
本文通过笔者多年对图形转移工艺控制及管理经验,得出一些心得体会,为避免图形转移出现不必要的质量问题,供各阶同仁参考指正。
关键词:
图形转移干膜房贴膜曝光显影重氮片
一、磨板
1.表面处理除去铜表面氧化物及其它污染物。
a硫酸槽配制H2SO42-2.5%(V/V)以淹没所做最大拼板面(一般为竖置18″×24″)为宜,100平方米更换一次,每日清洗流水漂洗槽。
b浸酸(2-2.5%H2SO4)时间5-10S(每次可将5块放成扇形),水洗时间5-8S。
2.测试磨痕宽度笔者所用磨板机为500目针刷,控制范围8-15mm,磨痕超过15mm会出现椭圆孔或孔口边沿无铜,一般控制10-12mm为宜。
3.水磨试验每日测试水磨破裂时间≥15S,试验表明,在相同条件下磨痕宽度与水磨破裂时间成正比。
4.磨板控制传送速度1.2-1.5M/min,间隔3-5cm,水压10-15Psi,干燥温度50-70℃。
二、干膜房
1.干膜房洁净度10000级以上。
2.温度控制20-24℃,超出此温度范围容易引起菲林变形。
3.湿度控制60-70%,超出此温度范围也容易引起菲林变形。
4.工作者每次进入干膜房必须穿着防尘服及防尘靴风淋15-20S。
三、贴膜
1.贴膜参数控制(笔者所用干膜一般为杜邦PM-115系列)
a温度100-120℃,精细线路控制115-120℃,一般线路控制105-110℃,粗线路控制100-105℃。
b速度1.5-1.8M/min,间隔(手动贴膜机)8-10mm。
c压力30-60Psi,一般控制40Psi左右。
2.注意事项
a贴膜时注意板面温度应保持38-40℃,冷板贴膜会影响干膜与板面的粘接性。
b贴膜前须检查板面是否有杂物、板边是否光滑等,若板边毛刺过大会划伤贴膜胶辊,影响胶辊使用寿命。
c在气压不变情况下,温度较高时可适当加快传送速度,较低时可适当减慢传送速度,否则会出现皱膜或贴膜不牢,图形电镀时易产生渗镀。
d切削干膜(手动贴膜机)时用力均匀,保持切边整齐,否则显影后出现干膜上线等缺陷。
e贴膜后须冷却至室温后方可转入对位工序。
四、曝光
1.光能量
a光能量(曝光灯管5000W)上、下灯控制40-100毫焦/平方厘米,用下晒架测试上灯,上晒架测试下灯。
b曝光级数9-18级(杜邦25级光楔表),一般控制15级左右,但此级数须显影后才能反映出来,因此对显影控制要求较严。
2.真空度
真空度85-95,真空度小于85以下,易产生虚光线细现象。
3.赶气
赶气须在真空度大于85以上且赶气力度要均匀,否则会产生焊盘与孔位便移,造成破盘现象。
4.曝光
曝光时轻按快门,曝光停止后须立即取出板件,否则灯内余光长时间曝光,造成显影后出现板面余胶。
五、显影参数控制
1.温度85-87℉。
2.Na2CO3浓度0.9-1.2%。
3.喷淋压力15-30Psi。
4.水洗压力第一级20-25Psi,第二级15-20Psi。
5.干燥温度120-140℉。
6.传送速度40-55in/min。
六、显影检查
1.常见缺陷
a开路重氮片线路损伤。
b短路重氮片线路粘上其它杂物。
c露铜重氮片清洁不净。
d余胶引起余胶因素较多,归纳起来有以下几种常见情况。
①温度不够;
②Na2CO3浓度偏低;
③喷淋压力较小;
④传送速度较快;
⑤曝光过度;
⑥叠板。
e线细曝光能量较高或真空度较低。
f干膜上线切削干膜边不整齐或重氮片工艺保护边宽度不够。
g脱膜贴膜不牢而引起。
2.缺陷处理措施
a开路立即检查重氮片,找出线路损伤部位进行修补,无法修补须重新制作重氮片。
然后将开路板件用手术刀将引起开路的干膜挑开。
b短路立即检查重氮片,找出线路粘上的杂物进行清除。
然后将短路板件用耐电镀油墨进行修补。
对于无法修补的精细线路必须退膜重做。
c露铜立即清洁重氮片,露铜板件用耐电镀油墨进行修补。
d余胶传送速度加快20-30%,立即将余胶板件重新显影一遍,并查找引起余胶的原因,检查各参数是否符合工艺范围,然后将参数调整至范围值。
e线细调整曝光能量或检查真空,并将线细板件退膜重做。
f干膜上线将上线干膜用手术刀挑开,并通知干膜房切膜及对位人员检查板边。
发现问题立即处理。
g脱膜立即检查贴膜工艺参数,对于不在线路上脱膜的板件可用黑油修补,在线路上脱膜的板件退膜重做。
注:
开路及短路对于用干膜直接做抗蚀线路进行蚀刻而言,正好相反。
七、重氮片
1.重氮片曝光
5000W曝光灯管,曝光时间35-55S。
2.重氮片显影
分析纯氨水、温度控制40-45℃,显影3-7次至线路呈深棕色为止。
3.影响重氮片质量因素及防止
a线细
①由光反射及衍射造成;可用纯黑色不反光厚纸板垫于重氮片下进行曝光消除此现象。
②曝光能量过强;适当减少曝光时间。
b显影后出现斑点(俗称鬼影)曝光能量不足,适当延长曝光时间。
c颜色偏淡由以下因素构成
①温度不够:
待调整温度升至范围值再显影。
②氨水过期:
浓度降低;更换氨水。
③显影时间较短:
重新显影2-3遍。
④重氮片曝光后放置时间较长:
线路部分已曝光,废弃重做。
八、总结
图形转移工序是印制板制造业中及其关键的工序之一,每一个环节都必须认真对待,若此工序控制好后,后边的工序做起来就轻松容易得多。
液态光致抗蚀刻及图形转移工艺
四川省绵阳市灵通电气技工学校 任桂珍
引言:
PCB制造工艺(Technology)中,无论是单、双面板及多层板(MLB),最基本、最关键的工序之一是图形转移,即将照相底版(Art-work)图形转移到敷铜箔基材上。
图形转移是生产中的关键控制点,也是技术难点所在。
其工艺方法有很多,如丝网印刷(ScreenPrinting)图形转移工艺、干膜(DryFilm)图形转移工艺、液态光致抗蚀剂(LiquidPhotoresist)图形转移工艺、电沉积光致抗蚀剂(ED膜)制作工艺以及激光直接成像技术(LaserDrectImage)。
当今能取而代之干膜图形转移工艺的首推液态光致抗蚀剂图形转移工艺,该工艺以膜薄,分辨率(Resolution)高,成本低,操作条件要求低等优势得到广泛应用。
本文就PCB图形转移中液态光致抗蚀剂及其制作工艺进行浅析。
一.液态光致抗蚀剂(LiquidPhotoresist)
液态光致抗蚀剂(简称湿膜)是由感光性树脂,配合感光剂、色料、填料及溶剂等制成,经光照射后产生光聚合反应而得到图形,属负性感光聚合型。
与传统抗蚀油墨及干膜相比具有如下特点:
a)不需要制丝网模版。
采用底片接触曝光成像(ContactPrintig),可避免网印所带来的渗透、污点、阴影、图像失真等缺陷。
解像度(Resolution)大大提高,传统油墨解像度为200um,湿膜可达40um。
b)由于是光固化反应结膜,其膜的密贴性、结合性、抗蚀能力(EtchResistance)及其抗电镀能力比传统油墨好。
c)湿膜涂布方式灵活、多样,工艺操作性强,易于掌握。
d)与干膜相比,液态湿膜与基板密贴性好,可填充铜箔表面轻微的凹坑、划痕等缺陷。
再则湿膜薄可达5~10um,只有干膜的1/3左右,而且湿膜上层没有覆盖膜(在干膜上层覆盖有约为25um厚的聚酯盖膜),故其图形的解像度、清晰度高。
如:
在曝光时间为4S/7K时,干膜的解像度为75um,而湿膜可达到40um。
从而保证了产品质量。
e)以前使用干膜常出现的起翘、电镀渗镀、线路不整齐等问题。
湿膜是液态膜,不起翘、渗镀、线路整齐,涂覆工序到显形工序允许搁置时间可达48hr,解决了生产工序之间的关联矛盾,提高了生产效率。
f)对于当今日益推广的化学镀镍金工艺,一般干膜不耐镀金液,而湿膜耐镀金液。
g)由于是液态湿膜,可挠性强,尤其适用于挠性板(FlexiblePrintedBoard)制作。
h)湿膜由于本身厚度减薄而物d料成本降低,且与干膜相比,不需要载体聚酯盖膜(PolyesterCoversheet)和起保护作用的聚乙烯隔膜(PolyettyleneSeparatorSheet),而且没有象干膜裁剪时那样大的浪费,不需要处理后续废弃薄膜因此,使用湿膜大约可以节约成本每平方米30~50%。
i)湿膜属单液油墨容易存贮保管,一般放置温度为20±2℃,相对湿度为55±5%,阴凉处密封保存,贮存期(StorageLife):
4~6个月。
j)使用范围广,可用作MLB内层线路图形制作及孔化板耐电镀图形制作,也可与堵孔工艺结合作为掩孔蚀刻图形抗蚀剂,还可用于图形模板的制作等。
但是,湿膜厚度(Thickness)均匀性不及干膜,涂覆之后的烘干程度也不易掌握好增加了曝光困难.故操作时务必仔细。
另外,湿膜中的助剂、溶剂、引发剂等的挥发,对环境造成污染,尤其是对操作者有一定伤害。
因此,工作场地必须通风良好。
目前,使用的液态光致抗蚀剂,外观呈粘稠状,颜色多为蓝色(Blue)。
如:
台湾精化公司产GSP1550、台湾缇颖公司产APR-700等,此类皆属于单液油墨,可用简单的网印方式涂覆,用稀碱水显影,用酸性或弱碱性蚀刻液蚀刻。
液态光致抗蚀剂的使用寿命(Lifespan):
其使用寿命与操作环境和时间有关。
一般温度≤25℃,相对湿度≤60%,无尘室黄光下操作,使用寿命为3天,最好24hr内使用完。
二.液态光致抗蚀剂图形转移
液态光致抗蚀剂工艺流程:
上道工序→前处理→涂覆→预烘→定位→曝光→显影→干燥→检查修版→蚀刻或电镀→去膜→交下工序
1.前处理(Pre-cleaning)
前处理的主要目的是去除铜表面的油脂(Grease)、氧化层(OxidizedLayer)、灰尘(Dust)和颗粒(Particle)残留、水分(Moisture)和化学物质(Chemicals)特别是碱性物质(Alkaline)保证铜(Copper)表面清洁度和粗糙度,制造均匀合适的铜表面,提高感光胶与铜箔的结合力,湿膜与干膜要求有所不同,它更侧重于清洁度。
前处理的方法有:
机械研磨法、化学前处理法及两者相结合之方法。
1)机械研磨法
磨板条件:
浸酸时间:
6~8s。
H2SO4:
2.5%。
水 洗:
5s~8s。
尼龙刷(NylonBrush):
500~800目,大部分采用600目。
磨板速度:
1.2~1.5m/min,间隔3~5cm。
水 压:
2~3kg/cm2。
严格控制工艺参数,保证板面烘干效果,从而使磨出的板面无杂质、胶迹及氧化现象。
磨完板后最好进行防氧化处理。
2)化学前处理法
对于MLB内层板(InnerLayerBoard),因基材较薄,不宜采用机械研磨法而常采用化学前处理法。
典型的化学前处理工艺:
去油→清洗→微蚀→清洗→烘干
去油:
Na3PO4 40~60g/l
Na2CO3 40~60g/l
NaOH 10~20g/l
温度:
40~60℃
微蚀(Mi-croetehing):
NaS2O8 170~200g/l
H2SO4(98%)2%V/V
温度:
20~40℃
经过化学处理的铜表面应为粉红色。
无论采用机械研磨法还是化学前处理法,处理后都应立即烘干。
检查方法:
采用水膜试验,水膜破裂试验的原理是基于液相与液相或者液相与固相之间的界面化学作用。
若能保持水膜15~30s不破裂即为清洁干净。
注意:
清洁处理后的板子应戴洁净手套拿放,并立即涂覆感光胶,以防铜表面再氧化。
2.涂覆(Coating)
涂覆指使铜表面均匀覆盖一层液态光致抗蚀剂。
其方法有多种,如离心涂覆、浸涂、网印、帘幕涂覆、滚涂等。
丝网印刷是目前常用的一种涂覆方式,其设备要求低,操作简单容易,成本低。
但不易双面同时涂覆,生产效率低,膜的均匀一致性不能完全保证。
一般网印时,满版印刷采用100~300目丝网抗电镀的采用150目丝网。
此法受到多数中小厂家的欢迎。
滚涂可以实现双面同时涂覆,自动化生产效率高,可以控制涂层厚度,适用于各种规格板的大规模生产,但需设备投资。
帘幕涂覆也适宜大规模生产,也能均匀控制涂覆层厚度,但设备要求高,且只能涂完一面后再涂另一面,影响生产效率。
光致涂覆层膜太厚,容易产生曝光不足,显影不足,感压性高,易粘底片;膜太薄,容易产生曝光过度,抗电镀绝缘性差及易产生电镀金属上膜的现象,而且去膜速度慢。
工作条件:
无尘室黄光下操作,室温为23~25℃,相对湿度为55±5%,作业场所保持洁净,避免阳光及日光灯直射。
涂覆操作时应注意以下几方面
1)若涂覆层有针孔,可能是光致抗蚀剂有不明物,应用丙酮洗净且更换新的抗蚀剂。
也可能是空气中有微粒落在板面上或其他原因造成板面不干净,应在涂膜前仔细检查并清洁。
2)网印时若光致涂覆层膜太厚,是因为丝网目数太小;膜太薄,那可能是丝网目数太大所致。
若涂覆层厚度不均匀,应加稀释剂调整抗蚀剂的粘度或调整涂覆的速度。
3)涂膜时尽量防止油墨进孔。
4)无论采用何种方式,光致涂覆层(Photoimageablecovercoating)都应达到厚度均匀、无针孔、气泡、夹杂物等,皮膜厚度干燥后应达到8~15um。
5)因液态光致抗蚀剂含有溶剂,作业场所必须换气良好。
6)工作完后用肥皂洗净手。
3.预烘(Pre-curing)
预烘是指通过加温干燥使液态光致抗蚀剂膜面达到干燥,以方便底片接触曝光显影制作出图形。
此工序大都与涂覆工序同一室操作。
预烘的方式最常用的有烘道和烘箱两种。
一般采用烘箱干燥,双面的第一面预烘温度为80±5℃,10~15分钟;第二面预烘温度为80±5℃,15~20分钟。
这种一先一后预烘,使两面湿膜预固化程度存在差异,显影的效果也难保证完全一致。
理想的是双面同时涂覆,同时预烘,温度80±5℃,时间约20~30分钟。
这样双面同时预固化而且能保证双面显影效果一致,且节约工时。
控制好预烘的温度(Temperature)和时间(Time)很重要。
温度过高或时间过长,显影困难,不易去膜;若温度过低或时间过短,干燥不完全,皮膜有感压性,易粘底片而致曝光不良,且易损坏底片。
所以,预烘恰当,显影和去膜较快,图形质量好。
该工序操作应注意
(1)预烘后,板子应经风冷或自然冷却后再进行底片对位曝光。
(2)不要使用自然干燥,且干燥必须完全,否则易粘底片而致曝光不良。
预烘后感光膜皮膜硬度应为HB~1H。
(3)若采用烘箱,一定要带有鼓风和恒温控制,以使预烘温度均匀。
而且烘箱应清洁,无杂质,以免掉落在板上,损伤膜面。
(4)预烘后,涂膜到显影搁置时间最多不超过48hr,湿度大时尽量在12hr内曝光显影。
(5)对于液态光致抗蚀剂型号不同要求也不同,应仔细阅读说明书,并根据生产实践调整工艺参数,如厚度、温度、时间等。
4.定位(FixedPostion)
随着高密度互连技术(HDI)应用不断扩大,分辨率和定位度已成为PCB制造厂家面临的重大挑战。
电路密度越高,要求定位越精确。
定位的方法有目视定位、活动销钉定位,固定销钉定位等多种方法。
目视定位是用重氮片(Diazofilm)透过图形与印制板孔重合对位,然后贴上粘胶带曝光。
重氮片呈棕色或桔红色半透明状态,可以保证较好的重合对位精度。
银盐片(SilverFilm)也可采用此法,但必须在底片制作透明定位盘才能定位。
活动销钉定位系统包括照相软片冲孔器和双圆孔脱销定位器,其方法是:
先将正面,反面两张底版药膜相对对准,用软片冲孔器在有效图形外任意冲两个定位孔,任取一张去编钻孔程序,就可以利用钻床一次性钻孔,印制板金属化孔及预镀铜后,便可用双圆孔脱销定位器定位曝光。
固定销钉定位分两套系统,一套固定照相底版,另一套固定PCB,通过调整两销钉的位置,实现照相底版与PCB的重合对准。
5.曝光(Exposuring)
液态光致抗蚀剂经UV光(300~400nm)照射后发生交联聚合反应,受光照部分成膜硬化而不被显影液所影响。
通常选用的曝光灯灯源为高亮度、中压型汞灯或者金属卤化物汞灯。
灯管6000W,曝光量100~300mj/cm2,密度测定采用21级光密度表(Stouffer21),以确定最佳曝光参数,通常为6~8级。
液态光致抗蚀剂对曝光采用平行光要
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