FR2759616A1 - Appareil d'empilage et de brasage automatise pour dispositifs de modules empiles tridimensionnels et procede de fabrication de celui-ci - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un appareil automatisé pour dispositifs de modules empilés tridimensionnels comprenant un chargeur de modules (100) pour charger une pluralité de modules individuels supérieurs ; un chargeur/ déchargeur de modules (200) pour charger une pluralité de modules individuels inférieurs et décharger une pluralité de modules empilés et brasés ; un système d'indexage (400) pour recevoir un nombre prédéterminé de modules individuels supérieurs et inférieurs, et transporter ces modules ; une unité d'application (500) pour appliquer un fondant ou une pâte à braser sur les pattes métalliques des modules individuels supérieurs ; un premier outil de transfert (330a) pour transférer au système d'indexage, les modules individuels inférieurs ; un deuxième outil de transfert (300b) pour transférer à l'unité d'application, puis au système d'indexage, les modules individuels supérieurs ; une unité de chauffage (600) pour chauffer les modules supérieurs et inférieurs empilés, pour que les pattes métalliques des modules supérieurs et inférieurs soient jointes par brasage.
Description
APPAREIL D'EMPILAGE ET DE BRASAGE AUTOMATISE
POUR DISPOSITIFS DE MODULES EMPILES TRIDIMENSIONNELS
ET PROCEDE DE FABRICATION DE CELUI-CI
DESCRIPTION
Domaine de l'invention La présente invention concerne, d'une manière générale, la fabrication de dispositifs de modules empilés tridimensionnels et, plus particulièrement, un appareil d'empilage et de brasage automatisé et un procédé de fabrication de dispositifs de modules
empilés tridimensionnels.
Etat de la technique L'intégration des dispositifs à circuits intégrés semi-conducteurs modernes étant en augmentation et les dispositifs à circuits intégrés devenant de plus en plus grands, il devient nécessaire d'améliorer la
densité de montage des dispositifs à circuits intégrés.
Pour satisfaire ce besoin, les fabricants de semi-
conducteurs ont développé des technologies d'empilage tridimensionnel et les ont largement utilisées dans des procédés d'assemblage. Dans les modules empilés tridimensionnels, on empile soit plusieurs puces nues non emballées, soit des puces emballées. Dans cette technologie, la manière dont les puces empilées sont électriquement et physiquement interconnectées est très importante. Une interconnexion par brasage et, en particulier, une interconnexion par brasage par fusion est le plus souvent utilisée pour l'interconnexion
verticale des puces empilées.
La technique de brasage par fusion utilise du métal soluble. Les dispositifs devant être raccordés sont maintenus fixes, puis les zones de raccordement sont chauffées, de telle sorte que le métal est fondu et joint par brasage. La composition utilisée pour le
brasage par fusion comprend un alliage étain-plomb (Sn-
Pb) et un alliage étain-plomb-argent (Sn-Pb-Ag), dans lequel l'argent est ajouté minutieusement. Le brasage par fusion est divisé, en fonction du mécanisme de transfert de la chaleur à la zone de raccordement, en un brasage par fusion en phase vapeur, un brasage par fusion aux infrarouges et un brasage par fusion à air chaud. Un appareil de brasage par fusion classique est décrit dans le brevet US-5 236 117 et montré sur les figures lA et lB. Le module empilé devant être brasé est revêtu d'un fondant, puis fixé sur l'extrémité gauche d'un bras d'impact 10. Les pattes métalliques (appelées aussi fils métalliques) du module le plus bas sont chauffées une certaine température puis plongées dans une fontaine de brasure en fusion 8. Le bras d'impact 10 est monté pivotant sur un ensemble pivot 6, ce qui permet à l'extrémité gauche du bras d'impact, qui maintient le dispositif de module, de pouvoir se déplacer vers le haut et vers le bas. La figure 1A montre le bras d'impact 10a en position haute et le bras d'impact 0lb en position basse. Quand le bras d'impact 10 se déplace vers sa position basse, les fils extérieurs du module sont plongés dans la brasure en fusion dans la fontaine 8. Une butée en hauteur 2 sert à régler la position basse du bras d'impact. Des moyens de vibration 4 servent à faire vibrer le bras d'impact afin d'empêcher les vides dans la brasure ou un manque de brasure d'étamer les fils très proches les
uns des autres.
Grâce à cette technique de plongée, l'application de métal d'apport de brasage peut être réalisée d'une manière plus efficace. Cependant, quand le pas entre les fils devient plus petit, comme les modules exigent de plus en plus de broches d'entrée/sortie, il peut se produire un pont de brasure, et par conséquence des courts-circuits électriques. Pour résoudre ces problèmes, un poids d'impact 9 tombe sur le dessus de l'extrémité opposée du bras d'impact 10. Par conséquent, le dispositif de module et le bras d'impact sont rapidement ramenés en position haute, de manière à ce que toute la brasure fondue en excès soit enlevée des fils. Le déplacement du poids d'impact 9 est commandé par un cylindre à air 7, qui pour sa part, peut être commandé par un dispositif de commande programmable.
Dans l'appareil de brasage classique décrit ci-
dessus, l'opération de chargement des modules individuels empilés verticalement sur l'appareil est réalisée manuellement. D'autre part, des modules individuels de type à "pattes de sortie en J" tels que les SOJ (Small Outline J-bend - Petits profils en J), les TSOJ (Thin SOJ c'est-à-dire, en français: SOJ
fins) et les PLCC (Plastic-Leaded Chip Carrier -
c'est-à-dire, en français: Supports de puce à pattes de sortie en plastique) sont adaptés aux applications de brasage pour interconnexions verticales des dispositifs de modules empilés tridimensionnels. En conséquence, si un appareil d'empilage et de brasage automatisé est fourni pour être exclusivement utilisé avec des modules du type "à pattes de sortie en J", il est possible de produire en série les dispositifs de
modules empilés.
Exposé de l'invention Un objet de la présente invention est justement de proposer un appareil d'empilage et de brasage pouvant automatiser l'opération d'assemblage des dispositifs de modules empilés tridimensionnels, pour améliorer le
rendement de la production.
Un autre objet de la présente invention est de proposer un appareil d'empilage et de brasage automatisé, utilisé exclusivement pour un dispositif de modules empilés tridimensionnels utilisant des modules
du type à "pattes de sortie en J".
De façon plus précise, l'invention concerne un appareil d'empilage et de brasage automatisé comprenant: un chargeur de modules pour charger une pluralité de modules individuels supérieurs devant être empilés; un chargeur/déchargeur de modules pour charger une pluralité de modules individuels inférieurs devant être empilés, et décharger une pluralité de modules empilés tridimensionnels qui ont été empilés et brasés; un système d'indexage pour recevoir les modules individuels supérieurs et inférieurs et transporter les modules empilés supérieurs et inférieurs, le système d'indexage comprenant un plateau d'indexage tournant à une vitesse de rotation constante et une pluralité de doigts de guidage, chacun étant fixé au plateau d'indexage et ayant des gorges de montage dans lesquelles sont montés les modules individuels; une unité d'application pour appliquer un fondant de brasage ou une pâte à braser sur les fils métalliques des modules individuels supérieurs; un premier outil de transfert pour transférer, au système d'indexage, les modules individuels inférieurs chargés par le chargeur/déchargeur de modules; un deuxième outil de transfert pour transférer, à l'unité d'application puis au système d'indexage, les modules individuels supérieurs chargés par le chargeur de modules; une unité de chauffage pour chauffer les modules supérieurs et inférieurs empilés, transportés par le système d'indexage, de telle sorte que les fils métalliques des modules supérieurs et inférieurs soient
joints par brasage.
Le système d'indexage peut comprendre en outre un bras de navette de chargement pour placer et empiler les modules individuels supérieurs sur les modules individuels inférieurs montés dans les gorges de montage des doigts de guidage, et un bras de navette de déchargement pour enlever des gorges de montage les
modules empilés et brasés.
Le doigt de guidage comprend un bloc supérieur et un bloc inférieur, qui forment les gorges de montage
dans lesquelles sont empilés les modules individuels.
Le bloc inférieur comporte des parois intérieures verticale et horizontale. Les fils métalliques (appelés aussi pattes métalliques) des modules individuels inférieurs sont en contact avec la paroi intérieure horizontale. La paroi intérieure verticale sert à aligner les modules individuels quand ils sont chargés dans les gorges de montage par le bras de navette de chargement. L'unité d'application sert à recouvrir les fils métalliques des modules individuels supérieurs avec le fondant de brasage fondu ou la pâte à braser fondue. Pour appliquer le fondant de brasage ou la pâte à braser, on peut utiliser une courroie ou une came métallique qui tourne à vitesse constante dans la fontaine. Afin de maintenir à un niveau uniforme la quantité de matière appliquée, on peut utiliser un
guide de régulation.
L'invention concerne, en outre, un procédé de fabrication de modules empilés tridimensionnels comprenant les étapes qui consistent à: charger une pluralité de modules individuels inférieurs devant être empilés; transférer la pluralité de modules individuels inférieurs chargés vers une position d'empilage; charger une pluralité de modules individuels supérieurs devant être empilés; appliquer un matériau de brasage sur les fils métalliques de la pluralité de modules individuels supérieurs chargés; transférer la pluralité de modules individuels supérieurs vers une position d'empilage; aligner les modules individuels inférieurs et supérieurs transférés, et placer les modules individuels supérieurs sur les modules individuels inférieurs, de telle sorte que les fils métalliques correspondants des modules individuels supérieurs et inférieurs soient en contact; braser les fils métalliques correspondants des modules individuels supérieurs et inférieurs; et
décharger les modules empilés et brasés.
Les fils métalliques des modules individuels sont recouverts d'un alliage de brasage constitué de 85 % d'étain et de 15 % de plomb, au cours d'une opération de recouvrement des fils extérieurs, et un fondant ou une pâte à braser fondu est utilisé comme matériau de brasage dans l'étape consistant à appliquer le matériau
de brasage sur les fils métalliques.
L'étape de brasage est mise en oeuvre dans une chambre de brasage pour chauffer les fils métalliques des modules individuels supérieurs et inférieurs à une température de brasage. La température de brasage est maintenue grâce à l'utilisation d'un gaz inerte chaud qui ne contient pas d'oxygène. Quand la température à l'intérieur de la chambre de brasage est réglée à environ 360 C et que les modules individuels empilés sont commandés de manière à y rester pendant environ secondes, environ 800 dispositifs de modules empilés tridimensionnels peuvent être fabriqués par
heure.
Les fils métalliques des modules individuels ont été préchauffés à une température inférieure à la température de brasage pour empêcher que le fondant ou la pâte à braser ne soit brûlé et pour empêcher que les fils métalliques ne subissent des dommages imprévus o
provoqués par la brusque chaleur.
Brève description des figures
La figure tA est une représentation schématique d'un appareil de brasage classique décrit dans le brevet US-5 236 117; la figure lB est une vue de détail de la figure 1A; les figures 2A à 2C sont des vues en coupe transversale de modules empilés tridimensionnels pouvant être utilisés dans la présente invention; la figure 3 est une vue en perspective d'un appareil d'empilage et de brasage automatisé conforme à la présente invention; la figure 4 est une vue en perspective d'un chargeur de modules de l'appareil d'empilage et de brasage automatisé; la figure 5 est une vue en perspective d'un système d'indexage de l'appareil d'empilage et de brasage automatisé; la figure 6 est une vue en coupe transversale partielle illustrant les opérations d'alignement et d'empilage des modules individuels supérieurs et inférieurs; la figure 7 représente un exemple de dispositif d'application de l'appareil d'empilage et de brasage automatisé; la figure 8 représente un autre exemple de dispositif d'application de l'appareil d'empilage et de brasage automatisé; la figure 9 est une vue de face en coupe transversale d'une unité de chauffage de l'appareil d'empilage et de brasage automatisé; la figure 10 est une vue plane schématique illustrant les étapes de chargement et de transfert des modules individuels inférieurs; la figure 11 est une vue plane schématique illustrant l'étape de transfert des modules individuels inférieurs vers le système d'indexage; la figure 12 est une vue schématique en coupe transversale illustrant l'étape de chargement des modules individuels supérieurs, l'étape d'application de fondant en fusion ou de pâte à braser sur les fils métalliques des modules individuels supérieurs, et l'étape de transfert des modules individuels supérieurs; la figure 13 est une vue schématique en coupe transversale illustrant l'étape qui consiste à amener au système d'indexage les modules individuels supérieurs dont les fils métalliques sont recouverts de fondant ou de pâte à braser; la figure 14 est une vue schématique en coupe transversale illustrant l'étape de brasage des modules individuels supérieurs et inférieurs empilés; la figure 15 est une vue schématique en coupe transversale illustrant l'étape qui consiste à enlever du système d'indexage les modules empilés et brasés; et la figure 16 est une vue schématique en coupe transversale illustrant les étapes de transfert et de
déchargement des modules empilés et brasés.
Description détaillée de modes de réalisation de
l'invention Les figures 2A à 2C sont des vues en coupe transversale de plusieurs types de modules empilés tridimensionnels. Comme montré sur la figure 2A, des modules standards à fils de sortie en J 20a, 20b et c, sont empilés et joints par brasage en faisant en sorte que les fils métalliques 22a et 22b des modules supérieurs 20a et 20b entrent directement en contact avec les épaulements des fils métalliques correspondants 22b et 22c des modules inférieurs 20b et
c, puis en brasant les parties en contact.
Les modules standards à fils de sortie en J peuvent être modifiés pour l'application aux dispositifs de modules empilés tridimensionnels. Par exemple, quand une partie du corps du module est enlevée de telle sorte que les portions de fils intérieurs des fils métalliques 32 soient partiellement exposées de la manière présentée sur la figure 2B, les épaulements des fils métalliques sont facilement obtenus, et les fils extérieurs peuvent être davantage repliés vers le corps du module, ce qui donne une plus
petite épaisseur de montage.
Le module empilé présenté sur la figure 2C est décrit dans la demande de brevet US-08/753 532. Chacun des modules empilés comprend des moyens d'interconnexion verticale 45 et des portions de fils d'accouplement 48, tous deux étant électriquement reliés. Les portions de fils d'accouplement 48 sont électriquement reliées à la puce semi- conductrice 44 par l'intermédiaire de fils de connexion 46, et elles sont partiellement exposées sur le corps du module. Les moyens d'interconnexion verticale 45 sont exposés sur la surface arrière du module, de telle sorte que le raccord par brasage avec les fils d'accouplement des
modules en dessous 40b et 40c puisse être effectué.
Grâce à cette structure, l'opération de mise en forme des fils des modules supérieurs 40a et 40b peut être omise, et les forces de liaison entre les modules
supérieurs et inférieurs sont améliorées.
Ces modules à fils de sortie en J sont automatiquement empilés et raccordés par brasage par un appareil de la présente invention tel que représenté sur la figure 3. L'appareil d'empilage et de brasage automatisé comprend un chargeur de modules 100, un chargeur/déchargeur de modules 200, un outil de transfert 300, un système d'indexage 400, un dispositif d'application de fondant de brasage ou de pâte à braser
500, et une unité de chauffage 600.
Les modules individuels à empiler sont contenus dans des plateaux 120 et 220, puis sont chargés, par plateaux, par le chargeur de modules 100 et le chargeur/déchargeur de modules 200. Le chargeur de modules 100 et le chargeur/déchargeur de modules 200 peuvent avoir la même structure. Cependant, le chargeur de modules 100 sert uniquement à charger les modules individuels devant être empilés, tandis que le chargeur/déchargeur de modules 200 sert à la fois à charger les modules individuels et à décharger le dispositif final après que les opérations d'empilage et
de brasage soient terminées.
L'outil de transfert 300 transfère les modules individuels au système d'indexage 400. L'outil de transfert 300 comprend un bras maître 310, qui se déplace de manière rectiligne dans la direction X, le long du rail 350, un bras esclave 320 relié au bras maître 310 et se déplaçant dans la direction Y, et un bras de ramassage 330, qui se déplace vers le haut et vers le bas, dans la direction Z. Le bras de ramassage 330 est relié au bras esclave 320 et a plusieurs coussins à vide 340 pour ramasser les modules. Du vide est amené jusqu'aux coussins à vide 340 par le tube à
vide 342.
Le système d'indexage 400 aligne les modules individuels supérieurs et inférieurs devant être empilés, et fait en sorte que les fils métalliques correspondants des modules empilés soient directement en contact les uns avec les autres. Le système d'indexage 400 comprend un plateau d'indexage 420 ayant une pluralité de doigts de guidage 440, un bras de navette de chargement 460 et un bras de navette de déchargement 480. Les doigts de maintien 462 du bras de navette de chargement 460 reçoivent les modules individuels devant être empilés, soit du chargeur de modules 100, soit du chargeur/ déchargeur de modules , et empilent les modules individuels sur les doigts de guidage 440 du plateau d'indexage 420. Pendant ce temps, les doigts de maintien 482 du bras de navette de déchargement 480 doivent décharger, des doigts de
guidage 440, les dispositifs empilés et brasés finaux.
Le dispositif d'application 500 sert à déposer du fondant de brasage ou de la pâte à braser sur les fils métalliques des modules supérieurs, avant que ces derniers ne soient empilés sur les modules chargés dans les doigts de guidage 440 du plateau d'indexage 420. Le dispositif d'application 500 est muni d'un corps de support 530, d'une fontaine 510 contenant un fondant fondu ou une pâte à braser fondue, et un rouleau 520, partiellement plongé dans le matériau d'application et
tournant à une vitesse constante.
Les fils extérieurs des modules individuels sont recouverts d'un alliage de brasage, tel qu'un alliage étain-plomb, par un procédé de recouvrement des fils extérieurs qui sert à faciliter le brasage et empêcher une corrosion des fils extérieurs exposés sur les corps de protection des modules. Quand un dispositif de module est monté à la surface d'une carte à circuits imprimés, il est habituel de faire en sorte que la proportion d'étain et de plomb dans l'alliage de brasage soit proche du point eutectique, à savoir 63 % d'étain et 37 i de plomb. Cependant, quand l'application du fondant fondu ou de la pâte à braser fondue par le dispositif d'application 500 est suivie du brasage des modules individuels empilés, pour raccorder directement les fils métalliques des dispositifs de modules de la présente invention, il est préférable d'utiliser, pour l'opération de recouvrement des fils extérieurs, un alliage de brasage à 85 % d'étain et 15 % de plomb. Le fondant nettoye, de la surface devant être raccordée, la couche d'oxyde ou d'une autre corrosion de surface, et empêche l'oxydation des contacts métalliques, même lors de températures de brasage élevées. Le fondant stimule également l'humidification des contacts métalliques par la brasure, de façon à ce que la brasure liquide puisse s'étaler sur les contacts métalliques solides à raccorder. On peut utiliser, en tant que fondant, un fondant à base de colophane ou un fondant soluble à
l'eau.
D'autre part, la pâte à braser est constituée de l'alliage de brasage et du fondant. Plus la proportion d'étain dans la pâte à braser est grande, plus des conditions de température élevée sont nécessaires pour
l'opération de brasage.
Le fonctionnement de l'appareil d'empilage et de brasage automatisé de la présente invention va
maintenant être décrit.
Les dispositifs de modules assemblés individuellement sont soumis à des essais pour confirmer les fonctions électriques, la durée de vie et la fiabilité des dispositifs, et les dispositifs ayant réussi les essais sont disposés, pour l'appareil
d'empilage et de brasage, sur une unité de plateaux.
Quand le plateau 220 est amené à une position de chargement 222 par le chargeur/déchargeur de modules , un deuxième outil de transfert 300b transfère les modules individuels contenus dans le plateau 220 jusqu'au bras de navette de chargement 460 du système d'indexage 400. Le deuxième outil de transfert 300b, qui comporte quatre coussins à vide 340, transfère quatre modules individuels en même temps. Les modules transférés sont pris dans les doigts de maintien 462 du bras de navette de chargement 460, puis sont montés sur les doigts de guidage 440. Les modules individuels montés sur les doigts de guidage 440 constituent les parties inférieures des modules empilés tridimensionnels, et par conséquent les modules
individuels inférieurs.
D'autre part, les modules individuels supérieurs sont amenés par l'unité de plateaux à la position de chargement 122, par le chargeur de modules 100. Le premier outil de transfert 300a transfère les modules individuels supérieurs de la position de chargement 122 au bras de navette de chargement 460 du système d'indexage 400. Pendant le transfert des modules individuels supérieurs, les pattes métalliques (ou fils métalliques) des modules sont recouvertes de fondant ou de pâte à braser. Les modules individuels supérieurs absorbés et fixés aux coussins à vide 340 du premier outil de transfert 300a sont mis en contact avec le rouleau 520 du dispositif d'application 500, et le fondant ou la pâte à braser en fusion est déposé sur
les fils métalliques par le rouleau en rotation 520.
Les modules individuels supérieurs sont alors montés, par le bras de navette de chargement 460, sur
les doigts de guidage 440 du plateau d'indexage 420.
Les modules individuels inférieurs étant déjà disposés dans les doigts de guidage 440, il est important, lors du montage sur les doigts de guidage 440, d'aligner exactement les modules supérieurs avec les modules inférieurs, de telle sorte que les pattes métalliques des modules individuels supérieurs et inférieurs soient
précisément en contact les unes avec les autres.
La description donnée ci-dessus concerne l'étape
de chargement et d'empilage des modules individuels. On
comprendra, à partir de la description, que toutes les
opérations, sauf la disposition, dans le plateau, des modules individuels testés et l'amenée du plateau jusqu'au chargeur de modules 100 et au chargeur/déchargeur de modules 200, sont effectuées automatiquement Les modules supérieurs et inférieurs empilés qui se trouvent dans les doigts de guidage 440 pénètrent dans une chambre de brasage 610 de l'unité de chauffage 600, grâce à la rotation du plateau d'indexage 420. A l'intérieur de la chambre de brasage 610, les fils métalliques des modules individuels supérieurs et inférieurs empilés sont chauffés puis joints par brasage. Les dispositifs empilés et brasés sont déchargés des doigts de guidage 440 par le bras de navette de déchargement 480, puis transportés par le deuxième outil de transfert 300b jusqu'au plateau se trouvant à la position de chargement 222 du chargeur/déchargeur de modules 200. Les dispositifs empilés et brasés finaux sont envoyés à l'opération suivante, par exemple
l'opération de test.
La figure 4 est une vue en perspective du chargeur de modules utilisé dans l'appareil d'empilage et de brasage automatisé de la présente invention. Dans une unité d'élévation de porteur 105 du chargeur de modules , un porteur 106, sur lequel un plateau 120 est amené depuis une cassette à plateaux 102, est relié par l'intermédiaire d'une barre support de porteur 114 à un bloc d'amenée de porteur 112 se déplaçant suivant les directions AB, comme montré sur la figure. Le bloc d'amenée de porteur 112 est relié à un bloc support 108 par l'intermédiaire d'une barre d'amenée 110, de telle sorte que le bloc d'amenée 112 puisse se déplacer de manière rectiligne, le long de la barre d'amenée 110. Parallèlement, une structure de maintien de porteur 118 comprend un dispositif de maintien de porteur permettant de maintenir deux côtés opposés du porteur 106, et se déplace suivant la direction CD, le long d'un rail de guidage 128. La structure de maintien de porteur 118 est initialement supportée par le bloc de guidage 116. Quand la structure de maintien de porteur 118 est élevée le long de la direction C, elle est supportée par deux arbres de guidage verticaux 126 qui sont reliés au bloc support 108 par l'intermédiaire
du bloc de guidage 116.
Quand le plateau 120 se trouve à la position de chargement 122, le bras de ramassage 330 transporte les modules individuels 150 contenus dans des gorges 121 du plateau 120. Si le bras de ramassage 330 a quatre coussins à vide 340, comme on le voit sur la figure 4, quatre modules individuels sont simultanément transférés et chargés sur le bras de navette de chargement 460. Quand tous les modules contenus dans le plateau 120 ont été transférés, le plateau vide est transporté le long d'un rail de guidage 152, dans la direction E, par une courroie de transport 144 qui est entraînée par un moteur électrique 142. Le plateau vide, à l'extrémité du rail de guidage 152, est déchargé par une unité d'abaissement de plateau vide se déplaçant suivant les directions FG. L'unité d'abaissement de plateau vide 175 n'est pas décrite en détail ici car elle a la même structure que l'unité
d'élévation de plateau 105.
Bien que la description ci-dessus concerne le
chargeur de modules 100, le chargeur/déchargeur de modules 200 a une structure et un fonctionnement
analogues, excepté le fait que, comme expliqué ci-
dessus, le chargeur/déchargeur de modules 200 a des fonctions de chargement des modules individuels inférieurs et de déchargement des modules empilés et brasés, qui sont amenés au plateau 220 en position de chargement 222, avant que le plateau 220 ne soit
transporté par l'unité de transport 140.
La figure 5 est une vue en perspective d'un système d'indexage exemplaire utilisé dans l'appareil d'empilage et de brasage automatisé de la présente invention. Le système d'indexage 400 comprend un plateau d'indexage 420, auquel des doigts de guidage 440 sont fixés, d'un bras de navette de chargement 460 et d'un bras de navette de déchargement 480. Un poussoir 470 peut être utilisé pour aider l'alignement des modules individuels supérieurs et inférieurs
empilés, montés dans les doigts de guidage 440.
Cependant, si l'alignement des modules empilés est suffisamment précis par l'utilisation du bras de navette de chargement 460 et des doigts de guidage 440,
le poussoir 470 ne sera pas utilisé.
Quand les modules individuels sont transférés sur le bras de navette de chargement 460 par l'outil de transfert 300, ils sont fixés par les doigts de maintien 462. Les doigts de maintien 462 sont constitués de premiers doigts de maintien 462a couplés à un premier plateau de maintien 464, et des deuxièmes doigts de maintien 462b couplés à un deuxième plateau de maintien 466. Les plateaux de maintien 464 et 466 sont tous les deux fixés à un bloc d'engagement 468 et ont un mouvement rectiligne. Le bloc d'engagement 468 couplé à un plateau de support 469, et le plateau de support 469 est relié à un axe de rotation 467, qui permet au bras oscillant de chargement 460 de se déplacer selon une direction rectiligne et une direction rotationnelle. Entre les premiers doigts de maintien462a et les deuxièmes doigts de maintien 462b, il est prévu un élément élastique, par exemple un ressort (non représenté), qui permet l'ouverture de l'interstice entre les premiers et les deuxièmes doigts de maintien 462a et 462b. A l'origine, les deux doigts de maintien sont fermés, et quand les modules individuels y sont transférés par l'outil de transfert 300, les premier et deuxième plateaux de maintien 464 et 466 libèrent les doigts de maintien, de telle sorte que les premiers et deuxièmes doigts de maintien soient ouverts et maintiennent les modules individuels transférés, grâce à la force élastique du ressort. A ce moment là, pour empêcher des écrasements ou des endommagements des modules, il est souhaitable de fixer un tampon tel que de la silicone, aux doigts de maintien à l'endroit o
les modules individuels sont touchés directement.
Une pluralité de doigts de guidage 440, comportant chacun quatre gorges de montage 448 pour monter les modules individuels, sont fixés au plateau d'indexage 420. Les doigts de guidage 440 sont constitués de blocs de sommet 442 et de blocs de fond 446. Quand les modules individuels supérieurs et inférieurs sont montés sur les gorges de montage 448 par le bras de navette de chargement 460, les blocs de sommet et de fond 442 et 446 sont fermés, de manière à maintenir les modules individuels en position fixe. A ce moment là, il est important d'aligner les modules individuels de telle sorte que les pattes métalliques correspondants des modules individuels supérieurs et inférieurs soient
correctement en contact les unes avec les autres.
Par exemple, quatre modules individuels montés simultanément par le bras de navette de chargement 460 sont alignés dans le sens de la longueur par adhérence, comme on le voit sur la figure 6, d'une des extrémités des modules 150 avec la paroi intérieure verticale 447 du bloc de fond 446, lorsque les modules individuels sont montés sur les gorges de montage 448. Et l'alignement dans le sens de la hauteur devient précis car les fils métalliques 151 des modules 150 sont posés sur la paroi intérieure horizontale 449 du bloc de fond 446. Pour faire en sorte que les modules individuels restent en ligne dans le sens de la largeur, une des extrémités des doigts de maintien 462 du bras de navette de chargement 460 est alignée avec une extrémité latérale du bloc de fond 446, puis les modules individuels 150 sont montés sur les gorges de
montage 448.
Après l'alignement et le brasage des modules individuels 150, les doigts de maintien 462 se ferment, et le bras de navette de chargement 460 sort des gorges de montage 448. Le plateau poussoir 470 pousse les blocs de sommet 442 pour supporter les modules alignés
et empilés.
Il convient d'observer que bien que le système d'indexage 400 comportant le bras de navette de chargement 460, le bras de navette de déchargement 480 et le plateau poussoir 470 soit illustré par référence à la figure 5, les modules individuels peuvent être directement transférés des plateaux en positions de chargement 122 et 222, aux gorges de montage 448 des
doigts de guidage 440, par l'outil de transfert 300.
Bien évidemment, il est nécessaire d'obtenir l'alignement exact des fils métalliques correspondants
des modules individuels.
La figure 7 est une vue schématique en coupe transversale d'un dispositif d'application 500 de fondant ou de pâte à braser pouvant être utilisé dans l'appareil d'empilage et de brasage automatisé de la présente invention. La fontaine 510 contient du fondant fondu ou de la pâte à braser fondue 540, un rouleau 520 fait tourner une courroie d'application 550 à une vitesse constante pour que le matériau d'application en fusion se dépose sur la courroie d'application 550. Un guide de régulation 570, presque en contact avec la courroie 550, sert à réguler la quantité de matériau d'application déposée sur la courroie d'application rotative 550. Le corps de support 530 est relié à la fontaine 510, de telle sorte que le dispositif d'application 500 soit fixé à une certaine position, par exemple entre la position de chargement 122 et le bras de navette de chargement 460, comme montré sur la
figure 3.
Quand les modules individuels supérieurs 150, fixés aux coussins à vide 340 du bras de ramassage 330, sont amenés sur la courroie d'application 550, les fils métalliques 151 des modules sont en contact avec la courroie d'application en caoutchouc 550, ce qui permet au fondant fondu ou à la pâte à braser fondue de se déposer sur les fils métalliques 151. A ce moment là, le rouleau rotatif 520 est temporairement arrêté, et après l'application, le rouleau 520 est remis en
rotation.
La figure 8 est une vue schématique en coupe transversale d'un autre exemple de dispositif d'application de fondant ou de pâte à braser 500, pouvant être utilisé avec l'appareil d'empilage et de brasage automatisé de la présente invention. Par comparaison avec celui de la figure 7, le dispositif d'application de la figure 8 comprend une came métallique 560 à la place du rouleau et de la courroie d'application. L'utilisation de la came métallique 560 peut supprimer les problèmes selon lesquels la courroie d'application se détend après une longue utilisation, ce qui rend difficile la régulation à un niveau constant de la quantité de matériau d'application, et selon lesquels le fondant ou la pâte à braser fondu pénètre dans l'axe de rotation du rouleau ou entre le rouleau et la courroie, ce qui peut entraîner un dysfonctionnement du dispositif d'application. Puisque la came métallique 560 a une section transversale elliptique, comme montré sur la figure 8, le guide de régulation 570 se déplace en fonction de la rotation de la came métallique 560 afin de réguler à un niveau constant la quantité de fondant ou de pâte à braser en
fusion déposée à la surface de la came métallique.
Les dispositifs d'application présentés sur les figures 7 et 8 nécessitent l'entraînement du rouleau 520 et de la came métallique 560, ainsi qu'un préchauffage pour empêcher le durcissement du fondant ou de la pâte à braser en fusion à l'intérieur dans la
fontaine 510.
Les modules individuels supérieurs 150, ainsi revêtus de fondant ou de pâte à braser fondu, sont empilés sur les modules individuels inférieurs par les doigts de guidage 440 du plateau d'indexage 420. Les modules individuels supérieurs et inférieurs empilés sont brasés pendant leur passage à travers une unité de
chauffage 600.
La figure 9 est une vue schématique d'une section transversale d'une unité de chauffage 600 utilisée dans un appareil d'empilage et de brasage automatisé de la présente invention. Les modules individuels empilés 650, fixés par les blocs de sommets 442 et les blocs de fond 446 des doigts de guidage sont préchauffés, par le plateau de chauffage 620, à une température légèrement inférieure à la température de brasage. Le préchauffage des modules empilés 650 sert à empêcher le durcissement du fondant ou la pâte à braser déposé sur les fils métalliques des modules individuels supérieurs, et à réduire les dommages provoqués par le chauffage rapide
des fils métalliques.
Lorsque le plateau de chauffage 620 et le plateau d'indexage 420 tournent, les modules empilés 650 contenus dans les gorges de montage 448 des doigts de
guidage 440 pénètrent dans une chambre de brasage 610.
La chambre de brasage 610 est un espace défini par une enveloppe 612, dans laquelle s'écoule un gaz chaud, destiné à chauffer les fils métalliques des modules individuels. Dans la conception de la chambre de brasage 610, il est important d'empêcher la surchauffe des quelques zones de raccordement, c'est-à-dire les fils métalliques en contact les uns avec les autres, par le maintien d'une distribution de température
constante à l'intérieur de la chambre.
Un gaz envoyé à travers un tube d'alimentation en gaz 644 traverse un dispositif de ventilation 642, par un ventilateur 640, puis vient frapper un radiateur 630. Le radiateur 630 possède une plaque métallique 632 munie de plusieurs trous de passage 634. Quand le gaz traverse les trous 634 de la plaque métallique 632, le gaz est chauffé jusqu'à une certaine température élevée. Le gaz chaud pénètre dans la chambre de brasage 610 et applique de la chaleur aux fils métalliques des modules individuels empilés 650, de telle sorte que les fils métalliques atteignent la température de brasage et que, par conséquent, l'alliage de brasage déposé sur les fils métalliques fond et joint par brasage par fusion les fils métalliques correspondants. Afin d'empêcher l'oxydation des fils métalliques, même sous les hautes températures de brasage, le gaz doit être un gaz inerte, tel que l'azote ou l'argon, qui ne contient
pas d'oxygène.
La température à l'intérieur de la chambre de brasage 610 est régulée en fonction des proportions de l'alliage étain-plomb recouvrant ou déposé sur les fils métalliques des modules individuels supérieurs et inférieurs. Si la proportion d'étain est grande, le point de fusion de l'alliage étain-plomb augmente, et
donc la température de brasage doit être augmentée.
Quand une température à l'intérieur de la chambre de brasage 610 est régulée pour être à 360 C et que le plateau d'indexage 420 tourne de manière à ce que les modules individuels empilés 650 restent à l'intérieur de la chambre de brasage 610 pendant environ 100 secondes, environ 800 modules empilés sont joints par brasage en une heure. A ce moment là, le corps de module des modules individuels empilés sont chauffés à une température d'environ 250 C, et les fils métalliques sont chauffés à une température d'environ
340 C.
Le procédé de fabrication des dispositifs de modules empilés tridimensionnels va maintenant être expliqué en référence aux figures 10 à 16 et en se
concentrant sur le déplacement des modules individuels.
Par référence à la figure 10, les modules individuels assemblés sont chargés depuis le plateau 220 se trouvant dans la cassette à plateaux 102, dans une étape S1. Les modules individuels chargés à l'étape Si constituent les parties inférieures des modules empilés tridimensionnels, et les modules individuels inférieurs sont transférés au bras de navette de chargement 460 par le deuxième outil de transfert 300b, dans une étape S2. Plusieurs, par exemple quatre, modules individuels sont transférés simultanément
pendant l'étape S2.
Les modules individuels inférieurs de trouvant dans le bras de navette de chargement 460 sont amenés aux doigts de guidage 440 du plateau d'indexage 420 à l'étape S3, comme montré sur la figure 11. Dans les doigts de guidage 440, les modules individuels inférieurs sont placés en des positions déterminées, par exemple par les parois intérieures verticales et
horizontales du bloc de fond, comme expliqué ci-dessus.
La figure 12 présente le chargement des modules individuels supérieurs, l'application de fondant ou de pâte à braser fondu sur les fils métalliques des modules individuels supérieurs, et le transfert des modules individuels supérieurs au bras de navette de chargement 460. Premièrement, les modules individuels supérieurs sont chargés depuis le plateau 120 dans la cassette à plateaux 102, à l'étape S4. Puis, à l'étape S5, le premier outil de transfert 300a du bras de ramassage 330 transfère quatre modules individuels supérieurs jusqu'au dispositif d'application 500, pour appliquer du fondant ou de la pâte à braser fondu sur les fils métalliques des modules individuels supérieurs. Les modules individuels supérieurs, revêtus de fondant ou de pâte à braser fondu, sont amenés au
bras de navette de chargement 460 à l'étape S6.
Les modules individuels supérieurs sont transférés aux doigts de guidage 440 à l'étape S7, comme montré sur la figure 13. A ce moment là, les modules individuels supérieurs sont alignés avec les modules individuels inférieurs par le bras de navette de chargement 460 et les doigts de guidage 440, de telle sorte que les fils métalliques correspondants sont exactement en contact les uns avec les autres. Quand l'alignement et l'empilage des modules individuels supérieurs et inférieurs, dans les doigts de guidage 440 du plateau d'indexage 420, sont terminés, l'opération de brasage est mise en oeuvre à l'étape S8, comme montré sur la figure 14. Lorsque le plateau d'indexage 420 tourne, les doigts de guidage 440 dans lesquels sont contenus les modules individuels empilés pénètrent dans la chambre de brasage de l'unité de
chauffage 600.
Les modules empilés et brasés sont enlevés des doigts de guidage 440 par le bras de navette de déchargement 480, dans une étape S9, comme montré sur
la figure 15.
A l'étape S10 de la figure 16, les modules tridimensionnels empilés et brasés sont déchargés du bras de navette de déchargement 480 vers le plateau 220, par le bras de ramassage 330 du deuxième outil de
transfert 300b.
Les dispositifs finaux sont livrés au client, en tant que dispositifs de modules empilés tridimensionnels, après que leurs caractéristiques aient été testées et que leur fiabilité ait été confirmée. Comme expliqué jusqu'ici, avec la présente invention, il est possible de produire en série des
modules empilés tridimensionnels, car les modules individuels ayant des formation de fils spécifiques5 sont automatiquement empilés et joints par brasage.
Claims (21)
1. Appareil d'empilage et de brasage automatisé pour dispositifs de modules empilés tridimensionnels, caractérisé en ce qu'il comprend: un moyen chargeur de modules (100) pour charger une pluralité de modules individuels supérieurs devant être empilés; un moyen chargeur/déchargeur de modules (200) permettant de charger une pluralité de modules individuels inférieurs devant être empilés, et décharger une pluralité de modules empilés tridimensionnels, qui ont été empilés et brasés; un moyen d'indexage (400) pour recevoir un nombre prédéterminé de modules individuels supérieurs et inférieurs et transporter les modules supérieurs et inférieurs empilés, ledit moyen d'indexage (400) comprenant un plateau d'indexage (420) tournant à une vitesse constante et une pluralité de doigts de guidage (440), chacun étant fixé au plateau d'indexage (420) et ayant un nombre prédéterminé de gorges de montage (448) dans lesquelles sont montés lesdits modules individuels; un moyen d'application (500) permettant d'appliquer un fondant de brasage ou une pâte à braser sur des pattes métalliques de ladite pluralité de modules individuels supérieurs; un premier moyen de transfert (330a) pour transférer au moyen d'indexage (400) les modules individuels inférieurs chargés par le moyen chargeur/déchargeur de modules (200); un deuxième moyen de transfert (300b) pour transférer au moyen d'application (500), puis au moyen d'indexage (400), les modules individuels supérieurs chargés par le moyen chargeur de modules (100); une unité de chauffage (600) pour chauffer les modules supérieurs et inférieurs empilés, transportés par le moyen d'indexage (400), de façon que les pattes métalliques des modules supérieurs et inférieurs soient
jointes par brasage.
2. Appareil d'empilage et de brasage automatisé pour dispositifs de modules empilés tridimensionnels, caractérisé en ce qu'il comprend: un moyen chargeur de modules (100) pour charger une pluralité de modules individuels supérieurs devant être empilés; un moyen chargeur/déchargeur de modules (200) pour charger une pluralité de modules individuels inférieurs devant être empilés et de décharger une pluralité de modules empilés tridimensionnels, qui ont été empilés et brasés; un moyen d'indexage (400) pour recevoir un nombre prédéterminé de modules individuels supérieurs et inférieurs et transporter les modules supérieurs et inférieurs empilés, ledit moyen d'indexage (400) comprenant: un plateau d'indexage (420) tournant à une vitesse constante, une pluralité de doigts de guidage (440), fixé chacun au plateau d'indexage (420) et ayant un nombre prédéterminé de gorges de montage (448) dans lesquelles sont montés les modules individuels; un bras de navette de chargement (460) permettant de placer et d'empiler ledit nombre prédéterminé de modules individuels supérieurs sur ledit nombre prédéterminé de modules individuels inférieurs, montés sur les gorges de montage (448) des doigts de guidage (440), et un bras de navette de déchargement (480) pour enlever les modules individuels supérieurs et inférieurs empilés et brasés, des gorges de montage (448) des doigts de guidage (440); un moyen d'application (500) permettant d'appliquer un fondant de brasage ou une pâte à braser sur les pattes métalliques de ladite pluralité de modules individuels supérieurs; un premier moyen de transfert (300a) pour transférer au bras de navette de chargement (460) du moyen d'indexage (400) un nombre prédéterminé de modules individuels inférieurs chargés par le moyen chargeur/ déchargeur de modules (200); un deuxième moyen de transfert (300b) pour transférer au moyen d'application (500), puis au bras de navette de chargement (460) du moyen d'indexage (400), les modules individuels supérieurs chargés par le moyen chargeur de modules (100); une unité de chauffage (600) permettant de chauffer les modules supérieurs et inférieurs empilés, transportés par le bras de navette de chargement (460), de façon à ce que les pattes métalliques des modules
supérieurs et inférieurs soient jointes par brasage.
3. Appareil d'empilage et de brasage automatisé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le bras de navette de chargement (460) et le bras de navette de déchargement (480) se déplacent à la fois suivant un mouvement rectiligne et suivant un mouvement rotationnel, et en ce qu'ils possèdent des doigts de maintien (462) pour ramasser les modules individuels et
les dispositifs empilés et brasés.
4. Appareil d'empilage et de brasage automatisé selon la revendication 3, caractérisé en ce que les doigts de maintien (462) comprennent des premiers doigts (462a) et des deuxièmes doigts (462b), qui sont reliés par un matériau élastomère et munis d'un tampon sur les surfaces en contact avec les modules
individuels.
5. Appareil d'empilage et de brasage automatisé selon la revendication 2, caractérisé en ce que les doigts de guidage (440) comprennent des blocs de sommet (442) et des blocs de fond (446) qui définissent les gorges de montage (448), lesdits blocs de fond (446) comprenant une paroi intérieure verticale (447) avec laquelle sont en contact les extrémités des modules individuels (150) chargés par le bras de navette de chargement (460), et une paroi intérieure horizontale (449) avec laquelle sont en contact les pattes
métalliques des modules individuels inférieurs.
6. Appareil d'empilage et de brasage automatisé selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comprend un poussoir (470) destiné à pousser les blocs de sommet (442) quand les modules individuels supérieurs et inférieurs sont montés dans les gorges de montage (448), de telle sorte que les pattes métalliques correspondantes des modules individuels supérieurs et inférieurs soient en contact les unes
avec les autres.
7. Appareil d'empilage et de brasage automatisé selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit moyen d'application (500) comprend une fontaine (510) contenant un fondant fondu ou une pâte à braser fondue, une courroie rotative (550) sur laquelle se dépose le fondant fondu ou la pâte à braser fondue, un rouleau rotatif (520) pour faire tourner la courroie rotative (550), et un guide de régulation (570) pour maintenir à un niveau constant la quantité de fondant fondu ou de pâte à braser fondue qui se dépose sur la courroie rotative (550)
8. Appareil d'empilage et de brasage automatisé selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit moyen d'application (500) comprend une fontaine (510) contenant un fondant fondu ou une pâte à braser fondue, une came métallique (560) sur laquelle se dépose le fondant fondu ou la pâte à braser fondue, et un guide de régulation (570) pour maintenir à un niveau constant la quantité de fondant fondu ou de pâte à braser fondue
qui se dépose sur la came métallique (560).
9. Appareil d'empilage et de brasage automatisé selon la revendication 7, caractérisé en ce que le rouleau rotatif (520) est temporairement arrêté, lorsque les pattes métalliques des modules individuels supérieurs sont revêtues de fondant fondu ou de pâte à braser fondue, par le deuxième moyen de transfert (300b).
10. Appareil d'empilage et de brasage automatisé selon la revendication 7, caractérisé en ce que le moyen d'application (500) comprend un moyen de préchauffage pour chauffer la fontaine de telle sorte que le fondant fondu ou la pâte à braser fondue reste à
son état fondu.
11. Appareil d'empilage et de brasage automatisé selon la revendication 8, caractérisé en ce que ladite came métallique rotative (560) est temporairement arrêtée, lorsque les pattes métalliques des modules individuels supérieurs sont revêtues de fondant fondu ou de pâte à braser fondue, par le deuxième moyen de
transfert (300b).
12. Appareil d'empilage et de brasage automatisé selon la revendication 8, caractérisé en ce que le moyen d'application (500) comprend un moyen de préchauffage pour chauffer la fontaine de telle sorte que le fondant fondu ou la pâte à braser fondue reste à
son état fondu.
13. Appareil d'empilage et de brasage automatisé selon la revendication 2, caractérisé en ce que chacun desdits premier et deuxième moyens de transfert (300a; 300b) comprend un nombre prédéterminé de coussins à vide (340) pour saisir ledit nombre prédéterminé de
modules individuels.
14. Appareil d'empilage et de brasage automatisé selon la revendication 2, caractérisé en ce que chacun desdits moyen chargeur de modules (100) et moyen chargeur/déchargeur de modules (200) comprend un porteur (106) pour porter le plateau qui contient les modules individuels (150) devant être empilés, et une unité d'élévation de porteur (105) permettant d'amener le porteur (106) respectivement audit premier et audit
deuxième moyens de transfert (300a; 300b).
15. Appareil d'empilage et de brasage automatisé selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'unité de chauffage (600) comprend un ventilateur (642) pour envoyer un gaz inerte, un radiateur (630) pour chauffer le gaz inerte provenant du ventilateur (642), et une chambre de brasage (610) dans laquelle le gaz inerte est envoyé, et dans laquelle passent les doigts de guidage (440) contenant les modules individuels empilés.
16. Procédé de fabrication de dispositifs de modules empilés tridimensionnels, caractérisé en ce qu'il consiste à: charger (S1) une pluralité de modules individuels inférieurs devant être empilés; transférer (S2) la pluralité des modules individuels inférieurs chargés vers une position d'empilage; charger (S4) une pluralité. de modules individuels supérieurs devant être empilés; appliquer (S5) un matériau de brasage sur les pattes métalliques de la pluralité de modules individuels supérieurs chargés; transférer (S6) la pluralité de modules individuels supérieurs vers une position d'empilage; aligner (S7) les modules individuels inférieurs et supérieurs transférés, et placer les modules individuels supérieurs sur les modules individuels inférieurs, de sorte que les pattes métalliques des modules individuels supérieurs et inférieurs soient en contact les unes avec les autres; braser (S8) les pattes métalliques correspondantes du module individuel supérieur et du module individuel inférieur; et
décharger (S10) les modules empilés et brasés.
17. Procédé de fabrication de dispositifs de modules empilés tridimensionnels selon la revendication 16, caractérisé en ce que l'étape de brasage des pattes métalliques correspondantes comprend l'étape consistant à préchauffer les pattes métalliques des modules individuels supérieurs et inférieurs à une température inférieure à la température de brasage, et l'étape consistant à chauffer les pattes métalliques à la
température de brasage.
18. Procédé de fabrication de dispositifs de modules empilés tridimensionnels selon la revendication 17, caractérisé en ce, dans l'étape consistant à chauffer les pattes métalliques à la température de brasage, un gaz inerte qui ne contient pas d'oxygène
est utilisé.
19. Procédé de fabrication de dispositifs de modules empilés tridimensionnels selon la revendication 16, caractérisé en ce que le matériau de brasage est un fondant, et en ce que les pattes métalliques des modules individuels supérieurs et inférieurs sont revêtues d'un alliage de brasage constitué de 85 %
d'étain et de 15 % de plomb.
20. Procédé de fabrication de dispositifs de modules empilés tridimensionnels selon la revendication 16, caractérisé en ce que le matériau de brasage est une pâte à braser, et en ce que les pattes métalliques des modules individuels supérieurs et inférieurs sont revêtues d'un alliage de brasage constitué de 85 %
d'étain et de 15 % de plomb.
21. Procédé de fabrication de dispositifs de modules empilés tridimensionnels selon la revendication 16, caractérisé en ce que, dans l'étape qui consiste à appliquer un matériau de brasage, le matériau de
brasage est à l'état fondu.
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