JP5398561B2 - 弾性波装置およびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、弾性表面波（ＳＡＷ：Ｓｕｒｆａｃｅ Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｗａｖｅ）装置や圧電薄膜共振器（ＦＢＡＲ：Ｆｉｌｍ Ｂｕｌｋ Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｒｅｓｏｎａｔｏｒ）等の弾性波装置に関する。

小型化等を目的とした、いわゆるウェハレベルパッケージ（ＷＬＰ：Ｗａｆｅｒ Ｌｅｖｅｌ ｓｉｚｅ Ｐａｃｋａｇｅ）の弾性波装置が知られている。かかるＷＬＰ型の弾性波装置は、圧電基板と、圧電基板に設けられた弾性波素子と、弾性波素子を封止するカバーとを有する（例えば、特許文献１参照）。

特開２００７−２０８６６５号公報

弾性波素子の圧電基板上には、通常、弾性波素子に接続された複数の配線が設けられている。複数の配線は、絶縁体を介して立体的に交差されて立体配線部を構成することがある。立体配線部は、複数の配線と絶縁体とを積層して構成されるため、その厚みは、他の電極や配線の厚みよりも大きくなる。

このような厚みの大きい立体配線部にカバーを積層すると、基板とカバーとの隙間の発生やカバーの基板からの剥がれが生じやすくなる。

本発明の目的は、立体配線部が設けられている場合であっても、カバーの基板からの剥がれやカバーと基板との隙間の発生を抑制することができる信頼性の高い弾性波装置およびその製造方法を提供することにある。

本発明の一態様としての弾性波装置は、主面に凹部を有する基板と、前記基板の主面上に配置された励振電極と、前記凹部内に位置する第１領域を有し、且つ前記励振電極と電気的に接続される第１配線と、前記第１配線の前記第１領域を覆うようにして前記凹部内に設けられる絶縁体と、前記第１配線の前記第１領域と前記絶縁体を介して立体的に交差する第２領域を有し、且つ前記励振電極と電気的に接続される第２配線と、前記基板の主面上に配置され、前記励振電極を保護するカバーと、を備えるものである。

また本発明の一態様としての弾性波装置の製造方法は、基板の主面に凹部を形成する凹部形成工程と、 前記基板の主面に励振電極を形成する励振電極形成工程と、前記凹部内に位置する第１領域を有し、且つ前記励振電極と電気的に接続される第１配線を形成する第１配線形成工程と、前記第１配線の前記第１領域を覆うようにして前記凹部内に絶縁体を形成する絶縁体形成工程と、前記第１配線の前記第１領域と前記絶縁体を介して立体的に交差する第２領域を有し、且つ前記励振電極と電気的に接続される第２配線を形成する第２配線形成工程と、前記基板の主面上に配置され、前記励振電極を保護するカバーを形成するカバー形成工程と、を備えるものである。

上記の構成からなる弾性波装置は、基板上に立体配線部が設けられている場合であっても、立体配線部の高さが他の電極や配線の高さよりも大幅に高くなることがないため、カバーの剥がれが生じにくい封止性に優れた弾性波装置とすることができる。

また上記の構成からなる弾性波装置の製造方法によれば、基板上に立体配線部が設けられている場合であっても、カバーの剥がれが生じにくい封止性に優れた弾性波装置を提供することができる。

本発明の実施形態に係るＳＡＷ装置の外観斜視図である。 図１のＳＡＷ装置における配線構造を示す模式的な平面図である。 図２の III−III線における断面図である。 （ａ）から（ｄ）は、図１のＳＡＷ装置の製造方法を説明する断面図である。 （ａ）から（ｄ）は、図１のＳＡＷ装置の製造方法を説明する断面図である。 実施形態に係るＳＡＷ装置の変形例を示す模式的な平面図である。

以下、本発明の実施形態に係る弾性表面波装置（ＳＡＷ装置）について、図面を参照して説明する。なお、以下の説明で用いられる図は模式的なものであり、図面上の寸法比率等は現実のものとは必ずしも一致していない。

＜ＳＡＷ装置の構成＞
図１は、本発明の実施形態に係るＳＡＷ装置１の外観斜視図である。

ＳＡＷ装置１は、いわゆるＷＬＰ型のＳＡＷ装置により構成されている。ＳＡＷ装置１は、基板３と、基板３に固定されたカバー５と、カバー５から露出する複数の端子７とを有している。

ＳＡＷ装置１は、複数の端子７のいずれかを介して信号の入力がなされる。入力された信号は、ＳＡＷ装置１によりフィルタリングされる。そして、ＳＡＷ装置１は、フィルタリングした信号を複数の端子７のいずれかを介して出力する。ＳＡＷ装置１は、例えば、カバー５側の面を不図示の回路基板等の実装面に対向させて当該実装面に載置された状態で樹脂封止されることにより、端子７を実装面上の端子に接続した状態で実装される。

基板３は、圧電基板により構成されている。例えば、基板３は、タンタル酸リチウム単結晶，ニオブ酸リチウム単結晶等の圧電性を有する直方体状の単結晶基板である。基板３は、第１主面３ａと、その背面側の第２主面３ｂとを有している。基板３の平面形状は適宜に設定されてよいが、例えば、所定方向（Ｙ方向）を長手方向とする矩形である。基板３の大きさは適宜に設定されてよいが、例えば、厚さは０．２ｍｍ〜０．５ｍｍ、１辺の長さは０．５ｍｍ〜２ｍｍである。

カバー５は、第１主面３ａを覆うように設けられている。カバー５の平面形状は、例えば、基板３の平面形状と同様であり、本実施形態では、Ｙ方向を長手方向とする矩形である。カバー５は、例えば、第１主面３ａと概ね同等の広さを有し、第１主面３ａの概ね全面を覆っている。

複数の端子７は、カバー５の上面（基板３とは反対側の面）から露出している。複数の端子７の数および配置される位置は、ＳＡＷ装置１の内部の電子回路の構成に応じて適宜に設定される。本実施形態では、６つの端子７がカバー５の外周に沿って配列されている。

カバー５は、第１主面３ａに積層される枠部１５と、枠部１５に積層される蓋部１７とを有している。枠部１５には、複数の開口が形成されている。当該開口が蓋部１７により塞がれることにより、第１主面３ａとカバー５との間には、第１振動空間５１および第２振動空間５２が形成される。

枠部１５は、概ね一定の厚さの層により構成されている。枠部１５の厚さは、例えば、数μｍ〜３０μｍである。蓋部１７は、概ね一定の厚さの層により構成されている。蓋部１７の厚さは、例えば、数μｍ〜３０μｍである。

枠部１５及び蓋部１７は、例えば、感光性の樹脂により形成されている。感光性の樹脂は、例えば、アクリル基やメタクリル基などのラジカル重合により硬化する、ウレタンアクリレート系、ポリエステルアクリレート系、エポキシアクリレート系の樹脂である。

枠部１５及び蓋部１７は、同一の材料により形成されていてもよいし、互いに異なる材料により形成されていてもよい。本願では、説明の便宜上、枠部１５と蓋部１７との境界線を明示しているが、実際の製品においては、枠部１５と蓋部１７とが同一材料により形成され、一体的に形成されていてもよい。

端子７は、第１主面３ａに立てて設けられ、カバー５を貫通してカバー５の上面に露出している。端子７は、図３の断面図に示すように、カバー５を貫通する部分である柱状部７ａと、柱状部７ａのカバー５からの露出部に接続されるランド７ｂとを有している。ランド７ｂは、カバー５の上面に積層されるフランジを有している。端子７は、例えば、銅めっきなどにより形成され、端子７とカバー５との間にはめっき下地層３５が形成されている。

図２は、基板３の第１主面３ａにおける配線構造を示す模式的な平面図である。なお、図２においては、第１振動空間５１及び第２振動空間５２の範囲を２点鎖線で示している。

第１主面３ａには、信号をフィルタリングするために、ＳＡＷ共振子２及びＳＡＷフィルタ４が設けられている。

ＳＡＷ共振子２は、基板３の表面を伝搬する弾性表面波を発生させるための励振電極を有する。この励振電極は、例えば、複数の電極指を有する一対の櫛歯状電極同士を互いの電極指が噛み合うようにして配置されたＩＤＴ（ＩｎｔｅｒＤｉｇｉｔａｌ Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ）電極２ａと、ＩＤＴ電極２ａの、弾性表面波の伝搬方向（Ｘ方向）両側に配置された２つの反射器２ｂから構成される。

一方、ＳＡＷフィルタ４は、例えば、縦結合ダブルモードＳＡＷフィルタにより構成されている。本実施形態において、ＳＡＷフィルタ４は、５つのＩＤＴ電極４ａと、複数のＩＤＴ電極４ａの、弾性表面波の伝搬方向（Ｘ方向）両側に配置された２つの反射器４ｂとから構成される励振電極を有している。ＩＤＴ電極４ａは、一対の櫛歯状の電極から構成されている。この一対の櫛歯状の電極は、弾性表面波の伝搬方向（Ｘ方向）に延びるバスバーと、バスバーから上記伝搬方向に直交する方向（Ｙ方向）に伸びる複数の電極指とを有し、電極指が互いに噛合うように配置されている。なお、図３は模式図であることから、電極指は、実際の数よりも少ない数で示されている。

また、第１主面３ａには、端子７に接続される６個のパッド１３が設けられている。パッド１３は、端子７の直下に設けられている。

さらに、第１主面３ａには、ＳＡＷ共振子２、ＳＡＷフィルタ４、及びパッド１３を互いに接続するための複数の配線が設けられている。配線構造は、端子７やＳＡＷ素子１０の位置及び構造等に応じて適宜な構成とされてよい。

６個のパッド１３のうち、基板３の左上に位置するパッド１３は、信号が入力されるパッドであり、入力信号配線２７によりＳＡＷ共振子２に接続されている。ＳＡＷ共振子２とＳＡＷフィルタ４とは、３本の中間配線２９により互いに接続されている。なお、中間配線２９は、本発明の「第１配線」の一態様である。

６個のパッド１３のうち、基板３の右上と右下に配置されたパッド１３は、信号が出力されるパッドであり、２本の出力信号配線３１によりＳＡＷフィルタ４に接続されている。

６個のパッド１３のうち、残りのパッド１３（‘ＧＮＤ’の文字を付したパッド１３）は、接地用のパッドであり、これら接地用のパッド１３は互いに接続されている。また、ＳＡＷフィルタ４の各ＩＤＴ電極４ａは、これら接地用のパッド１３に接続されている。具体的には、基板３の上辺側中央に配されたパッド１３と基板３の下辺側中央に配されたパッド１３とは、直線状の第１グランド配線３３により接続されている。第１グランド配線３３は、２ヶ所で分岐しており、その分岐部分はＳＡＷフィルタ４に接続されている。なお、第１グランド配線３３は、本発明の「第２配線」の一態様である。また、基板３の上辺側中央に配されたパッド１３と基板３の下辺側中央に配されたパッド１３とは、ＳＡＷフィルタ４の外周に沿って形成された第２グランド配線３４によっても接続されている。第２グランド配線３４は、５ヶ所で分岐しており、その分岐部分はＳＡＷフィルタ４に接続されている。基板３の左下に配されたパッド１３と基板３の下辺側中央に配されたパッド１３とは、直線状の第３グランド配線３５により接続されている。

ここで、３本の中間配線２９と第１グランド配線３３とは絶縁体２１を介して立体交差している。この立体交差について図３の断面図を用いて説明する。図３は、図２のIII−III線で切断したときの断面図である。図３に示すように基板３には凹部６が設けられており、中間配線２９は凹部６の内壁に沿って形成された第１領域２９ａを有している。この中間配線２９の第１領域２９ａは、凹部６内に設けられた絶縁体２１により覆われている。この絶縁体２１の上を通るようにして第１グランド配線３３が形成されている。すなわち、第１グランド配線３３は、絶縁体２１を介して中間配線２９の第１領域２９ａと立体交差する部分（第２領域３３ａ）を有することになる。

このように基板３に凹部６を設け、凹部６内に設けた絶縁体２１を介して中間配線２９と第１グランド配線３３とを立体交差させる構造とすることにより、立体配線部の高さを他の電極や配線の高さと同程度にすることができる。これにより立体配線部上にカバー５を載置した場合であっても、カバー５と基板３の主面との間に大きな隙間ができることがなくなり、カバー５が基板３から剥がれるのを抑制することができ、振動空間の気密性を良好な状態に保持することが可能となる。

また従来のように圧電基板３に凹部６を設けずに圧電基板３の第１主面３ａに配線と絶縁体とを積み重ねて立体配線部を形成した場合には、この立体配線部に起因するカバー５の圧電基板３からの剥がれを防止するためには、振動空間内に立体配線部が位置するように、すなわちカバー５が立体配線部に接しないようにする必要があったが、この場合、振動空間が不必要に大きくなりカバー５の耐圧性の低下を招く要因となる。これに対し、本実施形態に係るＳＡＷ装置１によれば、立体配線部に起因するカバー５の圧電基板３からの剥がれを抑制することができるため、第２領域３３ａの直上部に接する部分を有した状態でカバー５を形成することができる。これにより、振動空間を不必要に大きくさせることなく最適な大きさにすることができ、耐圧性を向上させることができる。

なお、第２領域３３ａの直上部に接するとは、第２領域３３ａに直に接している場合、第２領域３３ａ上に設けられた別の部材（本実施形態では保護層２５）に接している場合のいずれの場合も含む。

凹部６は、例えば、ＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ）などにより形成することができ、その深さ（基板３の主面３ａから凹部６の底面までの寸法）は、例えば、１μｍ〜３μｍである。凹部６は、断面視したときの形状が、底面側が開口側より狭い台形となっていることが好ましい。凹部６をこのような形状にすることで、中間配線２９となる金属を成膜した際に凹部６内において極端に厚みが小さくなる部分が形成されることがなくなり、中間配線２９が凹部６の段差に起因して断線するのを抑制することができる。

凹部６の内部に設けられる絶縁体２１としては、例えば、ポリイミドなどの有機系の絶縁材料、酸化ケイ素、酸化アルミ、酸化チタンなどの酸化物系の絶縁材料などを使用することができる。ポリイミドの有機系材料を用いた場合は、例えば、スピンコート法などの塗布方法により形成することができる。このような有機系材料は、塗布した際に上面が平坦になりやすく、結果として形成される絶縁体２１の上面も平坦になり、絶縁体２１上に形成される第１グランド配線３３がいびつな形状となるのを抑制することができる。一方、絶縁体２１の材料として酸化ケイ素などの酸化物系の絶縁材料を使用した場合には、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、バイアススパッタなどの成膜方法により絶縁体２１を形成することができる。

なお、出力信号配線３１と第２グランド配線３４も立体交差部を有しており、中間配線２９及び第１グランド配線３３と同様に基板３に設けた凹部６を利用して立体配線構造としている。

基板３の第１主面３ａ上に形成された各種の配線、電極及びパッドは、例えば、Ａｌ−Ｃｕ合金等のＡｌ合金により形成されており、その厚さは、例えば、１００〜２００ｎｍである。またこれら各種の配線、電極及びパッドは、異なる金属材料を積層した構造としてもよく、例えば、Ｔｉ／Ａｌ、Ｃｒ／Ｎｉ／Ａｕ、Ｎｉ／Ａｕといった組み合わせからなる金属を積層させることにより形成してもよい。このような積層構造を採用すれば、配線の厚みを１〜２μｍ程度と比較的厚くすることができる。このように厚く形成した配線を凹部６に配置される部分に適用することによって、凹部６の段差に起因して配線が断線するのを抑制することができる。

これらの配線、電極及びパッドを覆うようにして保護層２５が設けられている。保護層２５は、主にＳＡＷ共振子２及びＳＡＷフィルタ４を構成する励振電極の酸化防止等に寄与するものである。保護層２５は、例えば、絶縁性を有するとともに、ＳＡＷの伝搬に影響を与えない程度に質量の軽い材料によ例えば、酸化珪素（ＳｉＯ_２など）、窒化珪素、シリコンなどにより形成されている。保護層２５の厚さは、例えば、１０〜５０ｎｍである。

＜ＳＡＷ装置の製造方法＞
図４（ａ）〜図５（ｄ）は、ＳＡＷ装置１の製造方法を説明する図であり、図３に相当する断面図である。製造工程は、図４（ａ）から図５（ｄ）まで順に進んでいく。

以下に説明する工程は、いわゆるウエハプロセスにおいて実現される。すなわち、分割されることによって基板３となる母基板を対象に、薄膜形成やフォトリソグラフィー法などが行われ、その後、ダイシングされることにより、多数個分のＳＡＷ装置１が並行して形成される。ただし、図４（ａ）〜図５（ｄ）では、１つのＳＡＷ装置１に対応する部分のみを図示する。また、導電層や絶縁層などは、プロセスの進行に伴って形状が変化するが、変化の前後で共通の符号を用いる。

（凹部形成工程）
図４（ａ）に示すように、まず、基板３の第１主面３ａ上には、凹部６が形成される。具体的には、ＲＩＥなどのエッチングにより形成される。

（励振電極形成工程／第１配線形成工程）
基板３の第１主面３ａに凹部６を形成した後、図４（ｂ）に示すように、ＩＤＴ電極２ａ、４ａと立体交差部の下側に配置される中間配線２９（第１配線の一態様）を形成する。具体的には、まず、スパッタリング法、蒸着法またはＣＶＤ法等の薄膜形成法により、第１主面３ａ上にＩＤＴ電極２ａ、４ａ及び中間配線２９となるＡｌ−Ｃｕ合金などからなる金属層が形成される。このとき凹部６の内部にも金属層が形成される。次に、金属層に対して、縮小投影露光機（ステッパー）とＲＩＥ装置とを用いたフォトリソグラフィー法等によりパターニングが行われ、凹部６内に位置する第１領域２９ａを有する中間配線２９及びＩＤＴ電極２ａ、４ａが形成される。ここでＩＤＴ電極２ａ、４ａ、及び中間配線２９を同一材料で形成することにより、これらを同時に形成することができ弾性波装置の生産効率を向上させることができる。

なお、この工程において、立体交差部の上側に配置される第１、第２グランド配線３３、３４以外の配線（入力信号配線２７など）やパッド１３を同時に形成してもよい。

（絶縁体形成工程）
ＩＤＴ電極２ａ、４ａ、及び中間配線２９が形成されると、図４（ｃ）に示すように絶縁体２１が形成される。絶縁体２１は、例えば、ポリイミドなどの感光性樹脂材料を用いてスピンコート法などにより成膜される。その後、凹部６の中に充填された部分を残して、フォトリソグラフィー法によって薄膜の一部が除去されることにより絶縁体２１が作製される。

（第２配線形成工程）
絶縁体２１が形成されると、図４（ｄ）に示すように中間配線２９の第１領域２９ａと絶縁体２１を介して立体的に交差する第２領域３３ａを有する第２配線の一態様である第１グランド配線３３が形成される。

第１グランド配線３３は、中間配線２９同様に、スパッタリング法、蒸着法またはＣＶＤ法等の薄膜形成法により、第１グランド配線３３となるＡｌ−Ｃｕ合金などからなる金属層を形成した後、金属層に対して、縮小投影露光機（ステッパー）とＲＩＥ装置とを用いたフォトリソグラフィー法等によりパターニングが行われ、絶縁体２１上に位置する第２領域３３ａを有する第１グランド配線３３が形成される。

（保護層形成工程）
第１グランド配線３３を形成した後、図５（ａ）に示すように保護層２５が形成される。具体的には、まず、ＣＶＤ法または蒸着法等の薄膜形成法により保護層２５となる薄膜が形成される。次に、第１導電層１９のうちパッド１３を構成する部分が露出するように、フォトリソグラフィー法によって薄膜の一部が除去される。これにより、保護層２５が形成される。

（カバー形成工程）
保護層２５が形成されると、図５（ｂ）に示すように、枠部１５となる薄膜が形成される。薄膜は、例えば、感光性樹脂により形成されたフィルムが貼り付けられることにより、又は、保護層２５と同様の薄膜形成法により形成される。枠部１５となる薄膜が形成された後、フォトリソグラフィー法等により、薄膜の一部が除去され、第１振動空間５１及び第２振動空間５２を構成する開口部が形成される。

枠部１５が形成されると、図５（ｃ）に示すように、蓋部１７となる薄膜が形成される。薄膜は、例えば、感光性樹脂のフィルムが貼り付けられることにより形成される。そして、薄膜が形成されることにより、枠部１５の開口が塞がれて、第１振動空間５１及び第２振動空間５２が構成される。これによりカバー５が完成する。

（端子形成工程）
蓋部１７が形成されると、図５（ｄ）に示すように、パッド１３の直上領域に設けられたカバー５を貫通する孔の内壁にめっき下地層３５が形成される。めっき下地層３５は、例えば、ＴｉとＣｕとを積層したものからなり、スパッタ法により形成される。その後、電気めっき処理により、めっき下地層３５の露出部分に金属を析出させる。金属は、例えば、Ｃｕである。これにより、端子７が形成され、図３に示されるＳＡＷ装置１が完成する。

＜変形例＞
図６は、上述した実施形態に係るＳＡＷ装置１の変形例を示す模式的な平面図である。上述した実施形態に係るＳＡＷ装置１は、３本の中間配線２９のそれぞれに対応させて凹部６を３つ設けるようにしたが、これら３つの凹部６をつなげて図６に示す変形例のように１つの凹部６としてもよい。

本発明は、以上の実施形態及び変形例に限定されず、種々の態様で実施されてよい。

弾性波装置は、ＳＡＷ装置に限定されない。例えば、弾性波装置は、圧電薄膜共振器であってもよい。ＳＡＷ装置は、いわゆる２重モード型のものに限定されず、ラダー型のものなどであってもよい。

１・・・弾性表面波装置（弾性波装置）
２・・・ＳＡＷ共振子
３・・・基板
３ａ・・・第１主面（主面）
４・・・ＳＡＷフィルタ
５・・・カバー
６・・・凹部
７・・・端子
１１・・・ＳＡＷ素子
２１・・・絶縁体
２９・・・中間配線（第１配線）
２９ａ・・・第１領域
３３・・・第１グランド配線（第２配線）
３３ａ・・・第２領域
５１・・・第１振動空間
５２・・・第２振動空間

Claims (7)

1. 主面に凹部を有する基板と、
   前記基板の主面上に配置された励振電極と、
   前記凹部内に位置する第１領域を有し、且つ前記励振電極と電気的に接続される第１配線と、
   前記第１配線の前記第１領域を覆うようにして前記凹部内に設けられる絶縁体と、
   前記第１配線の前記第１領域と前記絶縁体を介して立体的に交差する第２領域を有し、且つ前記励振電極と電気的に接続される第２配線と、
   前記基板の主面上に配置され、前記励振電極を保護するカバーと、
   を備える弾性波装置。
2. 前記カバーは、前記第２領域の直上部に接する部分を有する請求項１に記載の弾性波装置。
3. 前記凹部は、縦断面視したときの形状が、凹部の底面側が凹部の開口側より狭い台形状である請求項１または２に記載の弾性波装置。
4. 前記励振電極は、複数の電極指を有する一対の櫛歯状電極同士を互いの電極指が噛み合うようにして配置することにより構成され、
   前記カバーには、前記励振電極を収容する振動空間が設けられている請求項１乃至３のいずれかに記載の弾性波装置。
5. 前記第１配線の前記第１領域の厚みが、前記励振電極の厚みよりも大きい請求項１乃至４のいずれかに記載の弾性波装置。
6. 基板の主面に凹部を形成する凹部形成工程と、
   前記基板の主面に励振電極を形成する励振電極形成工程と、
   前記凹部内に位置する第１領域を有し、且つ前記励振電極と電気的に接続される第１配線を形成する第１配線形成工程と、
   前記第１配線の前記第１領域を覆うようにして前記凹部内に絶縁体を形成する絶縁体形成工程と、
   前記第１配線の前記第１領域と前記絶縁体を介して立体的に交差する第２領域を有し、且つ前記励振電極と電気的に接続される第２配線を形成する第２配線形成工程と、
   前記基板の主面上に配置され、前記励振電極を保護するカバーを形成するカバー形成工程と、
   を備える弾性波装置の製造方法。
7. 前記励振電極と前記第１配線とが同一材料からなるとともに、前記励振電極形成工程と前記第１配線形成工程とが同時に行われる請求項６に記載の弾性波装置の製造方法。

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