JPH0614531B2 - パワー用半導体モジユールの製造方法 - Google Patents

パワー用半導体モジユールの製造方法

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JPH0614531B2 JP60116852A JP11685285A JPH0614531B2 JP H0614531 B2 JPH0614531 B2 JP H0614531B2 JP 60116852 A JP60116852 A JP 60116852A JP 11685285 A JP11685285 A JP 11685285A JP H0614531 B2 JPH0614531 B2 JP H0614531B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、多くの部分を互に異る融点を有する軟質は
んだを用いて接着する多くのステップを経て製造され
る、分離構造を有するパワー用半導体モジュールの製造
方法及び 金属基板とセラミック製分離板との間に少くとも１個の
はんだによる接着部を有し、上記金属基板と上記はんだ
の薄膜と上記分離板がほぼ水平姿勢をとりつつ上下に積
重ねられ、融点以上に加熱された炉内に挿入される工程
を有するパワー用半導体モジュールの製造方法に関す
る。
〔従来の技術〕
分離構造に有するパワー用半導体モジュールはすでに西
独国の実用新案明細書7513432に開示されている。この
ようなパワー用半導体モジュールは通常多くの部分をは
んだによる接着すなわち、はんだ付けによって結合され
る。上記のはんだ付けはすでに同じはんだによって行な
われる場合もあり、又、半導体チップから基板にゆくに
従って次第に段階的に低下する融点を有する複数個のは
んだを用いて行なわれることもある。いずれの場合にも
低融点を有するはんだとしては、Pb Sn ６３ のはん
だが用いられ、所要に応じて部分的にフラックスが使用
される。このようなモジュールは市販のパワー用半導体
モジュールとして用いられている。
上記はんだPb Sn ６３ は多くの錫成分を含み、金属
間化合物を形成してもろくなりやすく、特に銀被覆され
た部分のはんだ付けを行なう場合には、その傾向が強
い。特に危険なはんだ付け場所は、大きな表面を有し、
大きな熱応力が生ずる場所である。このようなはんだ付
け場所は繰返し負荷に対して弱く、上記のようにフラッ
クスを使用する場合にはこの好ましくない性質は増大す
る。
パワー用半導体モジュールに於ては、異る材料からな
り、互にはんだ付される部分が有する多くの異る膨張係
数が強く注目される。このような場合異る膨張係数を有
するはんだ付け部分が互に補償するように形成するため
には、比較的大きなはんだ層の厚さ（たとえば100μm）
が必要である。上記のように厚いはんだ層は、比較的厚
い金属基板とその上にはんだ付けされるセラミック製の
分離板との接着に特に有効である。しかし厚いはんだ層
を介して金属とセラミックを結合することは困難である
ことが知られている。それは、はんだ層が厚いと、はん
だが所定のはんだ付け領域の外に流出して、所定のはん
だ層の厚さが得られず、所望の繰返し負荷に対する強度
が得られないからである。又、その他はんだ付け部に空
洞ができたり、比較的大きなはんだ付け部の内側に空所
を生じたり、又内部にはんだの無い所や、あっても薄い
部分を生じ、そのためにパワーロスの導出が悪くなり、
又繰返し負荷に対する強度が低下するという欠点を生ず
ることがある。
〔発明が解決するべき問題点〕
この発明は、従来のパワー用半導体モジュール製造方法
によって生ずる上記不都合、すなわち繰返し負荷に対す
る低強度を問題として取上げ、上記不都合を解消したパ
ワー用半導体モジュールの製造方法を提供することを目
的としている。
〔問題を解決する手段〕
上記問題を解決するために、多くの部分を互に異る融点
を有する軟質はんだを用いて接着する多くのステップを
経て製造される分離構造を有するこの発明のパワー用半
導体モジュールの製造方法にあっては、半導体モジュー
ルは、 半導体サンドイッチと、金属基板からなるキャリヤ部、
セラミック製分離板及び接続板が、高融点のはんだによ
って接着される第１のステップと、半導体サンドイッチ
とキャリヤ部は低融点のはんだによって接着される第２
のステップを用いて製造され、上記両ステップに於て、
はんだ付けはフラックスを用いることなく、水素ガス又
は成形ガス（Formiergas）を用いて行なわれ、上記第２
のステップに於ては適切な寸法と配置を定められたこと
により、高融点はんだと定融点はんだの混合が生ぜぬよ
うに形成される第１の方法で製造され、又、 金属基板の上面のはんだ付けされる部分が粗面に形成さ
れる第１のステップと、多くの半導体サンドイッチと、
金属基板とセラミックス製の分離板と接続板からなるキ
ャリヤ部との接着を高融点を有するはんだを用いて行な
う第２のステップと、半導体サンドイッチとキャリヤ部
が低融点のはんだを用いて互に接着される第３のステッ
プを具備し、上記第２及び第３のステップではフラック
スが使用されることなく、水素ガス又は成形ガス（Form
iergas）の作用の下にはんだによる接着が行なわれ、第
３のステップでは、適切な寸法と配置を定められること
により、高融点のはんだと低融点のはんだが混合せぬよ
うに形成される第２の方法によって製造される。
又、上述した金属基板とセラミック製の分離板との間に
少くとも１個のはんだによる接着部を有し、上記金属基
板と上記はんだの薄膜とセラミック製の上記分離板がそ
れぞれほぼ水平姿勢をとりつつ上下に積重ねられて、融
点以上に加熱された炉内に挿入される工程を具備するパ
ワー用半導体モジュールの製造方法に於ては、上記半導
体モジュールは、金属基板の上面のはんだにより接着さ
れる部分のみを予め粗面に形成するステップを含む第３
の方法により製造される。
〔発明の効果〕
上述の第１の方法に於て得られる効果は下記の如くであ
る。すなわち、頑丈な金属基板、たとえば直接のボンデ
ィングによって形成された金属−セラミック基板を備
え、従来使用されていた勝れたモジュールの製造方法に
比較的僅かな変更を施すことによって、繰返し負荷に対
する強度を増加できることであり、又、金属基板の結合
に対して高融点はんだが使用されること、モジュールの
大きな部分、すなわち半導体サンドイッチ及びキャリヤ
部が平行に予め形成されているので、すぐれた加工を行
なうことができること、更にモジュール製造のステップ
のうち、引続いて施される２ステップははんだ付け工程
のみであることである。それはおのおのの加熱工程に於
ては、予め定められたはんだ付け位置が加熱用容器の中
で動いたり、又、温度がはんだの融点に達しないことを
避けることができるからである。
上記第２及び第３の方法のうち、第３の方法によれば、
金属基板の設けられた粗面の存在によって、はんだはは
んだ付け位置の外に流出することなく、従ってはんだを
所定のはんだ付け位置のみに附着させられるという効果
を得ることができる。
又、第２の方法によれば、第１の方法によって実施され
る２段階のはんだ付けは上記第３の方法を利用すること
によって、金属基板に対するはんだ付けをすぐれたもの
に改善することができる。
〔実施例〕
次に図面を参照しつつ本発明の実施例を説明する。第１
ａ図，第１ｂ図，第２ａ図，第２ｂ図，及び第３図は前
述の特許請求範囲の第(1)項に対応する実施例であり、
第４図は特許請求の範囲の第(4)項に対応する実施例で
あり、特許請求の範囲の第(5)項はすべての図と関連す
る。上図のうちの第２ａ図に描かれている金属基板８は
第４図に描かれている金属基板８ａに代置することがで
きる。
第１ａ図には、半導体サンドイッチ（第１ｂ図参照）を
形成するのに必要な部材を示す。上記半導体サンドイッ
チ７は第１ａ図に示すように、下から上に順次積重ねら
れ、モリブデン又はバーコン（Vacon）によって形成さ
れた下側補償円板（Ausgleichsronde）１と、高融点を
有する材料を用いて円板状に形成された高融点ははんだ
２と、シリコン半導体チップ３と、高融点を有する材料
で中心に貫通孔を有し円板状に形成された高融点はんだ
２ａと、硬質はんだにより陰極棒５に取付けられている
上側補償円板４と、銅製で予めはんだで被覆され、制御
用に接続された導線６を含んでいる。上記１〜６の部材
ははんだによる接着のための型に挿入され、水素又は反
応ガス（Formiergas）の下ではんだ付けされている。上
記高融点はんだ２は例えばPb Sn ５又はPb Ag Sn
によって形成される。
第１ｂ図は上記第１ａ図の部材１〜６を上記のようには
んだ付けにより結合した後の状態を示す。
第２ａ図は第２ｂ図にキャリヤ部１１を構成する各部材
を示し、各部材は上下に間隔をへだてて描かれている。
上記各部材は、ニッケルめっきされた銅からなる金属基
板８の上方に描かれた高融点はんだ２と、たとえばAl2O
3又はBeOからなり、Mo Mg Ni Au 又はWo Ni Au
からなる薄膜被覆を施されるか、又は直接ボンディング
によって形成された金属被覆を有する分離（アイソレー
ション）板９と、高融点を有する材料で円板状に形成さ
れた高融点はんだ２と、銀めっき又はニッケルめっきを
施された接続板１０を含んでいる。これらの部材はめっ
き用の型内に挿入され水素又は成形ガス（Formiergas）
の下で、はんだ付けされる。第２ｂ図はこのようにして
一体的に形成されたキャリヤ部１１を示す。キャリア部
１１は上記第２ａ図に示された部材２，８，９及び１０
を含んでいる。
半導体サンドイッチ７とキャリヤ部１１をほぼ平行に配
置する第１のステップが行なわれた後に、上記半導体サ
ンドイッチ７とキャリヤ部１１とを結合する第２のステ
ップが行なわれる。第３図は上記結合後の状態を示す。
第３図に示すように、キャリヤ部のたとえば２個の半導
体サンドイッチ７の下には低融点はんだ１３が配置され
ている。上記低融点はんだとしては融点が約230℃ で
あるはんだSn Ag ３，５が用いられる。上記はんだ付
けは水素又は成形ガス（Formiergas）の中で行わわれ
る。上記低融点はんだ１３の形状は、第２のステップに
於て、該はんだ１３が高融点はんだ２と全く接触しない
か、 又は接触したとしてもできるだけその接触が少くて、両
者の混合によってPb Sn 63が生ずるのが阻止されるよ
うに定められている。なお、上記低融点はんだ１３の上
述の位置に於ての使用がこの発明の電力用半導体モジュ
ールの繰返し負荷に対する強度に対して大きな影響を及
ぼすことはない。大きな影響を与える位置は、広い面で
はんだ付けが行なわれる位置、すなわち、接続板１０と
分離板９との間、分離板９と金属基板８との間、及び上
側補償円板１及び下側補償円板４のそれぞれとシリコン
半導体チップ３との間のすべて高温はんだ２によって接
着され、大きな熱応力が発生する場所である。第３図に
示した接続板１０と陰極棒５の接続部１２はその後のス
テップに於て形成され、この接続によって、図示されな
い外部回路との接続が行なわれる。
金属とセラミックの接続には、比較的厚い、たとえば、
100μmの厚さのはんだ層を用いるのがよい（第４図参
照）。
第４図は取付孔１４と粗面の部分１５を有する金属基板
８ａを示す。上記粗面の部分１５ははんだ付けに適する
ように粗面とされた部分である。第４図ては粗面の部分
１５は局部的に設けられているが、金属基板８ａの全表
面に設けることもできる。しかしこのとき、合成樹脂製
の容器が金属基板の上面の縁部に固着されることもあ
る。従って、粗面の形成を金属基板８ａのはんだ付けを
予定された部分１５の部分に限ることが好ましい。
上記粗面の粗さは６〜５０μmの範囲に選ばれるが、そ
の中でも６〜２０μmの範囲が最適である。上記粗面の
形成は種々の方式で行なうことができる。サンドブラス
ト方式を用いるときは１０μm程度の粗さが適当であ
る。又、多くの研究結果によれば、このようにして形成
された粗面に形成される沢山の凹所の深さは種々異るも
ので形成されていることが好ましい。サンドブラストに
よって金属基板８ａの表面を粗化した後は、該表面から
砂を除去するための次工程が必要なことは勿論である。
又、たとえば２０μmの粗さを得る上記と異る方法は研
磨による方法である。
又、サンドブラストに相当する粗面を形成するために
は、スタンピングによる方法がある。この方法では約５
０μmまでの種々の粗さの表面を得ることができる。金
属基板８ａの表面はスタンピングによって比較的大きな
凹所１６を形成すること、又は小さな凹所を形成するこ
とができるが、又第４図に示すように、大きな凹所１６
と小さな凹所１７を適宜に混合した粗面を形成すること
もできる。スタンビングによる場合には、大きな凹所と
小さな凹所は同時に行なうことができるし、又別々の引
続いて行なうこともできる。上記のようにスタンピング
による場合には、サンドブラストの場合のように凹所形
成後に引続いて砂を除去するために必要な工程を設ける
必要はない。
この発明の方法を用いて、比較的厚いはんだ層を形成
し、繰返し負荷に対して高い強度を有する金属−セラミ
ック結合を行なう場合には次の(a)乃至(d)のステップが
必要である。
a) 少くとも１個の粗面の部分１５を有する金属基板８
ａを製作するステップと、 b) 粗面の部分１５の上に薄いはんだ膜を配置するステ
ップと、 c) セラミック板を上記はんだ膜の上に配置するステッ
プと、 d) 装置をはんだの融点以上に加熱し再び冷却するステ
ップ。
第４図の金属基板を用いる製造方法には、既に説明され
た第１ａ図乃至第３図による方法と有効に組合わせるこ
とができる。この場合には前記金属基板８の代りに、粗
面の部分１５を設けた金属基板８ａが用いられる。
【図面の簡単な説明】
第１ａ図は半導体サンドイッチの分解説明図、第１ｂ図
は上記半導体サンドイッチのはんだ付けによる結合図、
第２ａ図はキャリヤ部の分解説明図、第２ｂ図は上記キ
ャリヤ部のはんだ付けによる結合図、第３図は１個のキ
ャリヤ部と２個の半導体サンドイッチを結合した図、第
４図は粗面を形成された金属基板の図である。 ２……高融点はんだ、７……半導体サンドイッチ、８，
８ａ……金属基板、９……分離板、１０……接続板、１
１……キャリヤ部、１３……低融点はんだ、１５……粗
面の部分、１６……大きい凹所、１７……小さい凹所。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ベルナー・バイデンアウアー ドイツ連邦共和国，デー‐6840 ラムペル トハイム，ブリユツヒエルシユトラーセ 44

Claims (15)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】多くの部分を互に異る融点を有する軟質は
    んだを用いて接着する多くのステップを経て製造され
    る、分離構造を有するパワー用半導体モジュールの製造
    方法に於て、 上記ステップのうちの第１のステップでは、半導体サン
    ドイッチ（７）と、金属基板(８)からなるキャリヤ部
    (１１)、セラミック製分離板（９）及び接続板(１０)
    が、高融点のはんだによって接着され； 第２のステップでは、半導体サンドイッチ（７）とキャ
    リヤ部（11）は、低融点のはんだ（13）によって接着さ
    れ； 上記両ステップに於て、はんだによる接着はフラックス
    を用いることなく、水素ガス又は成形ガス（Formirga
    s）を用いて行なわれ、第２のステップに於ては適切な
    寸法と配置を定められたことにより、高融点はんだ
    （２）と、低融点はんだ（３）の混合が生ぜぬように形
    成されている、 ことを特徴とするパワー用半導体モジュールの製造方
    法。
  2. 【請求項２】上記高融点はんだ（２）がたとえば、Pb
    Sn ５又はPb Ag Snのような300℃以上の融点を有す
    る材料で形成されていること、 を特徴とする特許請求の範囲第(1)項に記載の製造方
    法。
  3. 【請求項３】上記低融点はんだ(１３)としてSn Ag
    ３，５のはんだが用いられていること、 を特徴とする特許請求の範囲第(1)項及び第(2)項のいず
    れか１に記載の製造方法。
  4. 【請求項４】金属基板とセラミック製分離板との間に少
    くとも１個のはんだによる接着部を有し、上記金属基板
    と上記はんだの薄膜と上記分離板が、それぞれほぼ水平
    姿勢をとりつつ上下に積重ねられて、融点以上に加熱さ
    れた炉内に挿入される工程を有するパワー用半導体モジ
    ュールの製造方法に於て、 上記金属基板（8a）の上面のはんだにより接着される部
    分（15）のみが予め粗面に形成されていること、 を特徴とするパワー用半導体モジュールの製造方法。
  5. 【請求項５】上記金属基板（8a）の上面のはんだにより
    接着される上記部分（15）の粗さがほぼ６〜５０μmで
    あり、好ましくは６〜２０μmであること、 を特徴とする特許請求の範囲第(4)項に記載の製造方
    法。
  6. 【請求項６】上記部分（15）に形成される粗さがサンド
    ブラストにより付与されること、 を特徴とする特許請求の範囲第(4)項及び第(5)項のいず
    れか１に記載の製造方法。
  7. 【請求項７】上記部分（15）に形成される粗さが研磨に
    よって付与されること、 を特徴とする特許請求の範囲第(4)項及び第(5)のいずれ
    か１に記載の製造方法。
  8. 【請求項８】上記成分(１５)に形成される粗さが凹所を
    形成するスタンピングによって付与されること、 を特徴とする特許請求の範囲第(4)及び第(5)項のいずれ
    か１に記載の製造方法。
  9. 【請求項９】上記部分(１５)に形成される粗さが大きい
    凹所と小さい凹所を含むこと、 を特徴とする特許請求の範囲第(8)項に記載の製造方
    法。
  10. 【請求項１０】多くの部分が互に異る融点を有する軟質
    はんだを用いて接着される多くのステップを経て製造さ
    れる、分離構造を有するパワー用半導体モジュールの製
    造方法に於て、 上記多くのステップの中の第１のステップでは、金属基
    板(８ａ)の上面のはんだにより接着される部分(１５)の
    みが粗面に形成され； 第２のステップでは、多くの半導体サンドイッチ（７）
    と；上記金属基板(８ａ)とセラミック製の分離板（９）
    と接続板(１０)からなるキャリヤ部(１１)との接着が、
    高融点を有するはんだ（２）を用いて行なわれること； 第３のステップでは、半導体サンドイッチ（７）とキャ
    リヤ部(１１)が低融点のはんだ(１３)を用いて接着さ
    れ； 上記第２及び第３のステップでは、フラックスが使用さ
    れることなく、水素ガス又は成形ガス（Formiergas）の
    作用の下にはんだによる接着が行なわれ、第３のステッ
    プでは、適切な寸法と配置を定められることにより、高
    融点のはんだ（２）と低融点のはんだ(１３)の混合が生
    ぜぬように形成されていること、 を特徴とするパワー用半導体モジュールの製造方法。
  11. 【請求項１１】上記金属基板(８ａ)の上面のはんだによ
    り接着される上記部分(１５)の粗さがほぼ６〜５０μm
    であり、好ましくは６〜２０μmであること、 を特徴とする特許請求の範囲第(10)項に記載の製造方
    法。
  12. 【請求項１２】上記成分(１５)に形成される粗さがサン
    ドブラスによって付与されること、 を特徴とする特許請求の範囲第(10)項及び第(11)項のい
    ずれか１に記載の製造方法。
  13. 【請求項１３】上記成分(１５)に形成される粗さが研磨
    によって付与されること、 を特徴する特許請求の範囲第(10)項及び第(11)項のいず
    れか１に記載の製造方法。
  14. 【請求項１４】上記成分(１５)に形成される粗さが凹所
    を形成するスタンピングによって付与されること、 を特徴とする特許請求の範囲第(10)項及び第(11)項のい
    ずれか１に記載の製造方法。
  15. 【請求項１５】上記部分(１５)に形成される粗さが大き
    い凹所と小さい凹所を含むこと、 を特徴とする特許請求の範囲第(14)項に記載の製造方
    法。
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Families Citing this family (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4860444A (en) * 1986-03-31 1989-08-29 Microelectronics And Computer Technology Corporation Method of assembling a fluid-cooled integrated circuit package
GB8705582D0 (en) * 1987-03-10 1987-04-15 Oxley Dev Co Ltd Solder joints
DE3717489A1 (de) * 1987-05-23 1988-12-01 Asea Brown Boveri Leistungshalbleitermodul und verfahren zur herstellung des moduls
DE3725269A1 (de) * 1987-07-30 1989-02-09 Messerschmitt Boelkow Blohm Verfahren zum einkapseln von mikroelektronischen halbleiter- und schichtschaltungen
DE3837920A1 (de) * 1988-11-09 1990-05-10 Semikron Elektronik Gmbh Halbleiterelement
JP2609724B2 (ja) * 1989-06-28 1997-05-14 株式会社日立製作所 半導体装置
DE4003070A1 (de) * 1990-02-02 1991-08-08 Telefunken Electronic Gmbh Verfahren zum aufloeten eines halbleiterkoerpers auf einen traegerkoerper
JP2767517B2 (ja) * 1992-06-03 1998-06-18 株式会社三社電機製作所 電力用半導体モジュール
DE4235908A1 (de) * 1992-10-23 1994-04-28 Telefunken Microelectron Verfahren zum Verlöten eines Halbleiterkörpers mit einem Trägerelement
EP0671766A1 (en) * 1994-02-25 1995-09-13 Harris Corporation Semiconductor package and method
US6141870A (en) * 1997-08-04 2000-11-07 Peter K. Trzyna Method for making electrical device
US7501702B2 (en) * 2004-06-24 2009-03-10 Fairchild Semiconductor Corporation Integrated transistor module and method of fabricating same
CN104253119A (zh) * 2014-07-21 2014-12-31 襄阳茂晟源电子科技有限公司 一种电力半导体压接式绝缘型模块
DE102017209780A1 (de) * 2016-06-17 2017-12-21 Infineon Technologies Ag Durch flussfreies Löten hergestelltes Halbleiterbauelement

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3150446A (en) * 1961-01-31 1964-09-29 Electro Optical Systems Inc Brazing method and composition
US3339008A (en) * 1966-09-14 1967-08-29 Roger A Macarthur Circuit board having grooves to limit solder flow
DE2022717A1 (de) * 1970-05-09 1971-12-02 Bosch Gmbh Robert Halbleiterbauelement
US3860949A (en) * 1973-09-12 1975-01-14 Rca Corp Semiconductor mounting devices made by soldering flat surfaces to each other
DE2514922C2 (de) * 1975-04-05 1983-01-27 SEMIKRON Gesellschaft für Gleichrichterbau u. Elektronik mbH, 8500 Nürnberg Gegen thermische Wechselbelastung beständiges Halbleiterbauelement
DE2714483A1 (de) * 1975-09-15 1978-10-12 Siemens Ag Verfahren zur teilautomatisierten kontaktierung von halbleitersystemen
DE2728330A1 (de) * 1977-06-23 1979-01-11 Siemens Ag Verfahren zum verloeten von kontaktteilen und/oder halbleiterplaettchen
JPS54143871A (en) * 1978-04-28 1979-11-09 Kokusan Denki Co Method of producing hybrid ic circuit
JPS5545512A (en) * 1978-09-22 1980-03-31 Toshiba Corp Ultrasonic soldering method
US4278990A (en) * 1979-03-19 1981-07-14 General Electric Company Low thermal resistance, low stress semiconductor package
US4320865A (en) * 1980-03-21 1982-03-23 National Semiconductor Corporation Apparatus for attachment of die to heat sink
US4389771A (en) * 1981-01-05 1983-06-28 Western Electric Company, Incorporated Treatment of a substrate surface to reduce solder sticking
US4409278A (en) * 1981-04-16 1983-10-11 General Electric Company Blister-free direct bonding of metals to ceramics and metals
DD209053A1 (de) * 1982-08-24 1984-04-18 Lothar Kampe Verfahren zur elektrischen und thermischen kontaktierung leistungselektronischer bauelemente

Also Published As

Publication number Publication date
JPS616849A (ja) 1986-01-13
DE3513530A1 (de) 1985-12-05
EP0163163A3 (en) 1987-04-01
EP0163163B1 (de) 1990-11-07
DE3580397D1 (de) 1990-12-13
US4700879A (en) 1987-10-20
EP0163163A2 (de) 1985-12-04

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