JPH07207452A - 金属粉末組成物及びそれを用いたメタライズ基板の製造方法 - Google Patents
金属粉末組成物及びそれを用いたメタライズ基板の製造方法Info
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- JPH07207452A JPH07207452A JP2321594A JP2321594A JPH07207452A JP H07207452 A JPH07207452 A JP H07207452A JP 2321594 A JP2321594 A JP 2321594A JP 2321594 A JP2321594 A JP 2321594A JP H07207452 A JPH07207452 A JP H07207452A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 セラミックス基板に対する密着強度が高く、
体積抵抗の小さい金属化膜が得られるメタライズ用金属
粉末組成物及びそれを用いたメタライズ基板の製造方法
を供する。 【構成】 Cu粉末とTi粉末を主成分とし、Ag,A
l及びZrのうち、少なくとも一種を副成分とする金属
粉末組成物であり、この金属粉末組成物からメタライズ
用ペーストを作製して、セラミックス基板上にスクリー
ン印刷法により、80μm以上の厚みに一回、あるいは
数回塗りで形成し、真空又は不活性雰囲気中で焼き付け
てメタライズ膜を形成する。
体積抵抗の小さい金属化膜が得られるメタライズ用金属
粉末組成物及びそれを用いたメタライズ基板の製造方法
を供する。 【構成】 Cu粉末とTi粉末を主成分とし、Ag,A
l及びZrのうち、少なくとも一種を副成分とする金属
粉末組成物であり、この金属粉末組成物からメタライズ
用ペーストを作製して、セラミックス基板上にスクリー
ン印刷法により、80μm以上の厚みに一回、あるいは
数回塗りで形成し、真空又は不活性雰囲気中で焼き付け
てメタライズ膜を形成する。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、厚膜電子回路の導体層
形成、及びセラミックス基板上の実装された電子機器用
素子、部品等が動作することによって発生する熱を拡散
するための銅回路を形成するための、メタライズ用金属
粉末組成物及びメタライズ基板に関する。
形成、及びセラミックス基板上の実装された電子機器用
素子、部品等が動作することによって発生する熱を拡散
するための銅回路を形成するための、メタライズ用金属
粉末組成物及びメタライズ基板に関する。
【0002】
【従来の技術】一般に、電子回路を構成するための基板
としては、金属絶縁基板、有機基板、セラミックス基板
があるが、絶縁性が高いこと、機械的強度が確保される
こと、他の電子素子を劣化させないこと、金属導体と容
易に接合体を形成できること、熱伝導率が大きいこと等
の性質が要求されている。この要求を満足する材料とし
てはセラミックス基板があり、この基板として、アルミ
ナ、窒化アルミニウム等がある。しかし、セラミックス
単体では、電子機器に用いられるトランジスタ、ダイオ
ード、IC、LSI、その他、各種電子部品を直接実装
することができない。
としては、金属絶縁基板、有機基板、セラミックス基板
があるが、絶縁性が高いこと、機械的強度が確保される
こと、他の電子素子を劣化させないこと、金属導体と容
易に接合体を形成できること、熱伝導率が大きいこと等
の性質が要求されている。この要求を満足する材料とし
てはセラミックス基板があり、この基板として、アルミ
ナ、窒化アルミニウム等がある。しかし、セラミックス
単体では、電子機器に用いられるトランジスタ、ダイオ
ード、IC、LSI、その他、各種電子部品を直接実装
することができない。
【0003】そのため、セラミックス基板表面に金属化
膜を形成し、導体層として使用するか、又は金属化膜を
介して導体金属箔とを接合することにより、電子回路を
構成している。その方法として、導体金属ペーストによ
るセラミックス基板上への金属化膜による回路形成は、
10〜30μm程度の厚みに、スクリーン印刷−乾燥−
焼成を行い回路形成を行う方法と、導体金属箔とセラミ
ックス基板の間にろう付け用のペーストや金属ろう箔を
挿入して接合を行い、回路形成を行う方法がある。
膜を形成し、導体層として使用するか、又は金属化膜を
介して導体金属箔とを接合することにより、電子回路を
構成している。その方法として、導体金属ペーストによ
るセラミックス基板上への金属化膜による回路形成は、
10〜30μm程度の厚みに、スクリーン印刷−乾燥−
焼成を行い回路形成を行う方法と、導体金属箔とセラミ
ックス基板の間にろう付け用のペーストや金属ろう箔を
挿入して接合を行い、回路形成を行う方法がある。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
導体金属ペーストを用いて金属化膜を形成する方法の場
合、導体厚みが10〜30μmと薄いため、回路に流せ
る電流が10A以下と使用範囲が限定されてしまう欠点
があり、後者の導体金属箔による接合基板の場合、金属
箔によって回路を構成するため、導体厚みを200〜5
00μmにすることは可能であるが、回路のパターンを
金型によって作製した金属箔を精度良く設置したり、あ
るいは塩化物や酸によるエッチングで回路を形成する等
の製造プロセスが複雑であった。
導体金属ペーストを用いて金属化膜を形成する方法の場
合、導体厚みが10〜30μmと薄いため、回路に流せ
る電流が10A以下と使用範囲が限定されてしまう欠点
があり、後者の導体金属箔による接合基板の場合、金属
箔によって回路を構成するため、導体厚みを200〜5
00μmにすることは可能であるが、回路のパターンを
金型によって作製した金属箔を精度良く設置したり、あ
るいは塩化物や酸によるエッチングで回路を形成する等
の製造プロセスが複雑であった。
【0005】そこで、本発明の技術的課題は、前述の導
体金属ペーストを用いて導体金属層の厚みを80μm以
上形成することで、100A以上の電流を流すことの可
能な導体回路を、スクリーン印刷法で一回あるいは数回
塗りという簡略なプロセスによって得ることのできる、
メタライズ用金属組成物及びそれを用いてメタライズ基
板を作製する製造方法を提供することにある。
体金属ペーストを用いて導体金属層の厚みを80μm以
上形成することで、100A以上の電流を流すことの可
能な導体回路を、スクリーン印刷法で一回あるいは数回
塗りという簡略なプロセスによって得ることのできる、
メタライズ用金属組成物及びそれを用いてメタライズ基
板を作製する製造方法を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、Cu,
Tiを主成分とし、Ag,Al及びZrのうち、少なく
とも一種を副成分として、主成分の金属粉末が重量%で
90〜99.5%、副成分の金属粉末が0.5〜10%か
らなることを特徴するメタライズ用金属粉末組成物が得
られる。なお、主成分の組成比は、重量%でCu85〜
99%、Ti1〜15%が最適である。
Tiを主成分とし、Ag,Al及びZrのうち、少なく
とも一種を副成分として、主成分の金属粉末が重量%で
90〜99.5%、副成分の金属粉末が0.5〜10%か
らなることを特徴するメタライズ用金属粉末組成物が得
られる。なお、主成分の組成比は、重量%でCu85〜
99%、Ti1〜15%が最適である。
【0007】又、本発明によれば、前記のメタライズ用
金属粉末と分散剤、結合剤とを含むことを特徴とするメ
タライズ用ペーストが得られる。
金属粉末と分散剤、結合剤とを含むことを特徴とするメ
タライズ用ペーストが得られる。
【0008】又、本発明によれば、セラミックス基板上
に、前記のメタライズ用ペーストをスクリーン印刷法に
より、80μm以上の厚みを一回あるいは数回塗りで形
成し、真空及び不活性雰囲気下で焼付けて金属化膜を形
成することを特徴とするメタライズ基板の製造方法が得
られる。
に、前記のメタライズ用ペーストをスクリーン印刷法に
より、80μm以上の厚みを一回あるいは数回塗りで形
成し、真空及び不活性雰囲気下で焼付けて金属化膜を形
成することを特徴とするメタライズ基板の製造方法が得
られる。
【0009】又、本発明によれば、前記のメタライズ基
板の製造方法において、前記セラミックス基板はアルミ
ナ及び窒化アルミニウムのうち少なくとも一種からなる
ことを特徴とするメタライズ基板の製造方法が得られ
る。
板の製造方法において、前記セラミックス基板はアルミ
ナ及び窒化アルミニウムのうち少なくとも一種からなる
ことを特徴とするメタライズ基板の製造方法が得られ
る。
【0010】又、本発明によれば、前記したいずれかの
メタライズ基板の製造方法において、前記金属化膜上に
Ni膜及びAu膜のうちのいずれか一種を形成すること
を特徴とする導電膜付きメタライズ基板の製造方法が得
られる。
メタライズ基板の製造方法において、前記金属化膜上に
Ni膜及びAu膜のうちのいずれか一種を形成すること
を特徴とする導電膜付きメタライズ基板の製造方法が得
られる。
【0011】
【作用】本発明において、メタライズ基板を製造するた
めの金属粉末組成物は、重量%表示で銅粉末及びチタン
粉末からなる主成分が90〜99.5%と、副金属成分
が0.5〜10%とからなる組成を有する。この金属粉
末組成物を分散剤及び結合剤からなるビヒクルと混合し
てペースト状にする。このペーストをアルミナ及び窒化
アルミニウムの表面にスクリーン印刷法を用いて、一回
あるいは数回塗布して80μm以上の厚みを形成し、乾
燥後、高真空雰囲気及び不活性雰囲気のいずれかの雰囲
気中において、熱処理を施すことによって金属化膜を形
成する。この金属化膜(メタライズ層)表面に表面酸化
防止、銅と半田組成のすずとの拡散防止及び半田濡れ性
を確保するために、無電解ニッケルめっき又は金めっき
を施すことによって、セラミックスに対して高い接合強
度が得られ、100A以上の電流を流すことが可能とな
る。
めの金属粉末組成物は、重量%表示で銅粉末及びチタン
粉末からなる主成分が90〜99.5%と、副金属成分
が0.5〜10%とからなる組成を有する。この金属粉
末組成物を分散剤及び結合剤からなるビヒクルと混合し
てペースト状にする。このペーストをアルミナ及び窒化
アルミニウムの表面にスクリーン印刷法を用いて、一回
あるいは数回塗布して80μm以上の厚みを形成し、乾
燥後、高真空雰囲気及び不活性雰囲気のいずれかの雰囲
気中において、熱処理を施すことによって金属化膜を形
成する。この金属化膜(メタライズ層)表面に表面酸化
防止、銅と半田組成のすずとの拡散防止及び半田濡れ性
を確保するために、無電解ニッケルめっき又は金めっき
を施すことによって、セラミックスに対して高い接合強
度が得られ、100A以上の電流を流すことが可能とな
る。
【0012】
【実施例】以下に、本発明の実施例について説明する。
【0013】本発明の実施例に係るメタライズ用金属粉
末組成物は、主成分としてのCu,Ti粉末とAg,A
l及びZrのうち、少なくとも一種からなる副成分とか
らなる金属化膜を形成するためのメタライズ用金属粉末
組成物である。主成分としてのCu粉末及びTi粉末が
重量%で90〜99.5%、副成分金属が0.5〜10%
の範囲になるように各粉末の所要量を秤量混合し、結合
剤と分散剤とからなるビヒクルを添加混合して、三本ロ
ールミル等を用いて十分混練し、均一に分散させてスク
リーン印刷に適した粘度に調整して、メタライズ用ペー
ストとする。この場合のペーストの粘度は、一回の印刷
で200〜300μmの厚みを形成させるため、500
〜1000dPa・sとする。メタライズ層の厚みを8
0μm以上に形成するためのスクリーンとして、スクリ
ーンのメッシュはペーストの抜けを良くするため、80
〜125メッシュの開口率の大きいものにし、所定の乳
剤厚みが80〜300μmのものを用いる。スクリーン
と基板の印刷ギャップは、従来100〜150μmであ
ったが、本製造方法ではスクリーンの版離れをよくする
ため、150〜250μmとする。印刷圧力は、ペース
トのスクリーン目詰まりを防止するため、従来の印刷圧
力2.0Kg/mm2に対し0.5〜1Kg/mm2増加さ
せる。又、この混合粉末に添加される結合剤としては、
エチルセルロース、アクリル系樹脂等、従来から使用さ
れているものを用いればよい。
末組成物は、主成分としてのCu,Ti粉末とAg,A
l及びZrのうち、少なくとも一種からなる副成分とか
らなる金属化膜を形成するためのメタライズ用金属粉末
組成物である。主成分としてのCu粉末及びTi粉末が
重量%で90〜99.5%、副成分金属が0.5〜10%
の範囲になるように各粉末の所要量を秤量混合し、結合
剤と分散剤とからなるビヒクルを添加混合して、三本ロ
ールミル等を用いて十分混練し、均一に分散させてスク
リーン印刷に適した粘度に調整して、メタライズ用ペー
ストとする。この場合のペーストの粘度は、一回の印刷
で200〜300μmの厚みを形成させるため、500
〜1000dPa・sとする。メタライズ層の厚みを8
0μm以上に形成するためのスクリーンとして、スクリ
ーンのメッシュはペーストの抜けを良くするため、80
〜125メッシュの開口率の大きいものにし、所定の乳
剤厚みが80〜300μmのものを用いる。スクリーン
と基板の印刷ギャップは、従来100〜150μmであ
ったが、本製造方法ではスクリーンの版離れをよくする
ため、150〜250μmとする。印刷圧力は、ペース
トのスクリーン目詰まりを防止するため、従来の印刷圧
力2.0Kg/mm2に対し0.5〜1Kg/mm2増加さ
せる。又、この混合粉末に添加される結合剤としては、
エチルセルロース、アクリル系樹脂等、従来から使用さ
れているものを用いればよい。
【0014】こうして得られたペースト状金属粉末組成
物(メタライズ用ペースト)をセラミックス基板の表面
に塗布する。ここで、セラミックス基板は、熱伝導率の
よい酸化物、窒化物、あるいは数%の焼結助剤を含むセ
ラミックス焼結体のいずれでもよい。なお、酸化物とし
て、酸化アルミニウム(Al2O3)、あるいは窒化物と
して、窒化アルミニウム(AlN)が例示できる。
物(メタライズ用ペースト)をセラミックス基板の表面
に塗布する。ここで、セラミックス基板は、熱伝導率の
よい酸化物、窒化物、あるいは数%の焼結助剤を含むセ
ラミックス焼結体のいずれでもよい。なお、酸化物とし
て、酸化アルミニウム(Al2O3)、あるいは窒化物と
して、窒化アルミニウム(AlN)が例示できる。
【0015】表面に200〜300μmの厚みのメタラ
イズ用ペーストが塗布されたセラミックス基板を高真空
中、又は不活性雰囲気下で熱処理を施すことによって、
メタライズセラミックス基板が得られる。このメタライ
ズセラミックス基板の素子実装時の半田濡れ性を確保
し、銅メタライズ層の表面酸化及び銅の半田への拡散を
防止するため、ニッケルめっき、あるいは金めっきが施
される。この場合のめっきは、メタライズパターンが独
立している時は無電解を用い、連続している時は電気、
あるいは無電解めっき、いずれのめっき法でもよい。
イズ用ペーストが塗布されたセラミックス基板を高真空
中、又は不活性雰囲気下で熱処理を施すことによって、
メタライズセラミックス基板が得られる。このメタライ
ズセラミックス基板の素子実装時の半田濡れ性を確保
し、銅メタライズ層の表面酸化及び銅の半田への拡散を
防止するため、ニッケルめっき、あるいは金めっきが施
される。この場合のめっきは、メタライズパターンが独
立している時は無電解を用い、連続している時は電気、
あるいは無電解めっき、いずれのめっき法でもよい。
【0016】図1に、主成分と副成分との組成比と副成
分の各組成物についてのメタライズ層の抵抗率を示す。
抵抗率は、四端子法で測定を行った。
分の各組成物についてのメタライズ層の抵抗率を示す。
抵抗率は、四端子法で測定を行った。
【0017】副成分の組成が10重量%を越えると、一
般的に厚膜導体ペーストとして使用されているAg−P
dの体積抵抗率と同等以上になる。
般的に厚膜導体ペーストとして使用されているAg−P
dの体積抵抗率と同等以上になる。
【0018】図2に、主成分と副成分との組成比と副成
分の各組成物についてのメタライズ層とセラミックス基
板との密着強度を示す。密着強度の測定は、一辺が2m
mの正方形パッドにFe−Niネールピンを半田で垂直
に接合し、垂直に引っ張った時の引張力を示している。
分の各組成物についてのメタライズ層とセラミックス基
板との密着強度を示す。密着強度の測定は、一辺が2m
mの正方形パッドにFe−Niネールピンを半田で垂直
に接合し、垂直に引っ張った時の引張力を示している。
【0019】メタライズ層の密着強度は、副成分を添加
することにより、メタライズ層内の金属粉末の融点を下
げると共に、溶融を促進させる。副成分量が0.5重量
%未満の場合、メタライズ層の溶融が進まず、その結
果、密着強度が低くなり、素子実装後の熱冷サイクル試
験において剥離を惹き起こした。又、11重量%以上の
場合、メタライズ層の溶融が進みすぎ、メタライズ層の
熱膨張率が大きくなるため、メタライズ層がセラミック
スから剥がれたり、セラミックス基板を破壊してしまう
ため、副成分の添加量は0.5〜10重量%とした。
又、メタライズ層の密着強度も、従来の厚膜メタライズ
基板に比較し、同等以上であった。
することにより、メタライズ層内の金属粉末の融点を下
げると共に、溶融を促進させる。副成分量が0.5重量
%未満の場合、メタライズ層の溶融が進まず、その結
果、密着強度が低くなり、素子実装後の熱冷サイクル試
験において剥離を惹き起こした。又、11重量%以上の
場合、メタライズ層の溶融が進みすぎ、メタライズ層の
熱膨張率が大きくなるため、メタライズ層がセラミック
スから剥がれたり、セラミックス基板を破壊してしまう
ため、副成分の添加量は0.5〜10重量%とした。
又、メタライズ層の密着強度も、従来の厚膜メタライズ
基板に比較し、同等以上であった。
【0020】
【発明の効果】以上、説明したように、本発明によるメ
タライズ用金属粉末組成物を用いたメタライズ基板の製
造方法によって得られたメタライズ基板は、セラミック
ス基板に対する密着強度が高く、体積抵抗の小さいメタ
ライズ基板を得ることができる。
タライズ用金属粉末組成物を用いたメタライズ基板の製
造方法によって得られたメタライズ基板は、セラミック
ス基板に対する密着強度が高く、体積抵抗の小さいメタ
ライズ基板を得ることができる。
【図1】主成分と副成分との組成比及び副成分の種類に
対する体積抵抗率の関係をCuとTiの比をパラメータ
として示す特性図。図1(a)は副成分がAgの場合を
示す図、図1(b)は副成分がZrの場合を示す図、図
1(c)は副成分がAlの場合を示す図。
対する体積抵抗率の関係をCuとTiの比をパラメータ
として示す特性図。図1(a)は副成分がAgの場合を
示す図、図1(b)は副成分がZrの場合を示す図、図
1(c)は副成分がAlの場合を示す図。
【図2】主成分と副成分との組成比及び副成分の種類に
対する密着強度の関係をCuとTiの比をパラメータと
して示す特性図。図2(a)は副成分がAgの場合を示
す図、図2(b)は副成分がZrの場合を示す図、図2
(c)は副成分がAlの場合を示す図。
対する密着強度の関係をCuとTiの比をパラメータと
して示す特性図。図2(a)は副成分がAgの場合を示
す図、図2(b)は副成分がZrの場合を示す図、図2
(c)は副成分がAlの場合を示す図。
Claims (5)
- 【請求項1】 セラミックス基板上に金属化膜を形成す
るためのメタライズ用金属粉末組成物において、Cu及
びTi粉末を主成分とし、Ag,Al,Zrのうち、少
なくとも一種を副成分とする金属粉末組成物であって、
前記主成分が重量%で90〜99.5%、副成分が0.5
〜10%からなることを特徴とするメタライズ用金属粉
末組成物。 - 【請求項2】 請求項1記載のメタライズ用金属粉末組
成物と分散剤及び結合剤とからなることを特徴とするメ
タライズ用ペースト。 - 【請求項3】 セラミックス基板上に金属化膜を形成し
てなるメタライズ基板の製造方法において、前記セラミ
ックス基板上に、請求項2記載のメタライズ用ペースト
をスクリーン印刷法により80μm以上の厚みを一回、
あるいは数回塗りで形成し、真空または不活性雰囲気下
で焼付けて、金属化膜を形成することを特徴とするメタ
ライズ基板の製造方法。 - 【請求項4】 請求項3記載のメタライズ基板の製造方
法において、前記セラミックス基板はアルミナ及び窒化
アルミニウムのうち、少なくとも一種からなることを特
徴とするメタライズ基板の製造方法。 - 【請求項5】 請求項3又は請求項4記載のメタライズ
基板の製造方法において、前記金属化膜上にNi膜及び
Au膜のうち、いずれか一種を形成することを特徴とす
るメタライズ基板の製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2321594A JPH07207452A (ja) | 1994-01-24 | 1994-01-24 | 金属粉末組成物及びそれを用いたメタライズ基板の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2321594A JPH07207452A (ja) | 1994-01-24 | 1994-01-24 | 金属粉末組成物及びそれを用いたメタライズ基板の製造方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH07207452A true JPH07207452A (ja) | 1995-08-08 |
Family
ID=12104445
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2321594A Pending JPH07207452A (ja) | 1994-01-24 | 1994-01-24 | 金属粉末組成物及びそれを用いたメタライズ基板の製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH07207452A (ja) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2010113892A1 (ja) | 2009-03-30 | 2010-10-07 | 株式会社トクヤマ | メタライズド基板を製造する方法、メタライズド基板 |
WO2012090647A1 (ja) * | 2010-12-28 | 2012-07-05 | 株式会社トクヤマ | メタライズド基板、金属ペースト組成物、および、メタライズド基板の製造方法 |
CN103373860A (zh) * | 2012-04-27 | 2013-10-30 | 比亚迪股份有限公司 | 陶瓷基体表面金属化涂层组合物、陶瓷基体表面金属化方法及其制备的涂层和陶瓷 |
US9374893B2 (en) | 2010-03-02 | 2016-06-21 | Tokuyama Corporation | Production method of metallized substrate |
-
1994
- 1994-01-24 JP JP2321594A patent/JPH07207452A/ja active Pending
Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2010113892A1 (ja) | 2009-03-30 | 2010-10-07 | 株式会社トクヤマ | メタライズド基板を製造する方法、メタライズド基板 |
US20120015152A1 (en) * | 2009-03-30 | 2012-01-19 | Tokuyama Corporation | Process for producing metallized substrate, and metallized substrate |
US9301390B2 (en) | 2009-03-30 | 2016-03-29 | Tokuyama Corporation | Process for producing metallized substrate, and metallized substrate |
US9374893B2 (en) | 2010-03-02 | 2016-06-21 | Tokuyama Corporation | Production method of metallized substrate |
WO2012090647A1 (ja) * | 2010-12-28 | 2012-07-05 | 株式会社トクヤマ | メタライズド基板、金属ペースト組成物、および、メタライズド基板の製造方法 |
CN103238380A (zh) * | 2010-12-28 | 2013-08-07 | 株式会社德山 | 金属化基板、金属糊剂组合物、以及金属化基板的制造方法 |
US9462698B2 (en) | 2010-12-28 | 2016-10-04 | Tokuyama Corporation | Metallized substrate, metal paste composition, and method for manufacturing metallized substrate |
CN103373860A (zh) * | 2012-04-27 | 2013-10-30 | 比亚迪股份有限公司 | 陶瓷基体表面金属化涂层组合物、陶瓷基体表面金属化方法及其制备的涂层和陶瓷 |
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---|---|---|---|
A02 | Decision of refusal |
Effective date: 20040608 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 |