JP6368093B2 - Green laminate, method for producing green laminate, and method for producing fired laminate - Google Patents
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Description
本発明は、グリーンシート、グリーン積層体、グリーン積層体の製造方法、及び、焼成積層体の製造方法に関する。本明細書において、「グリーン」とは、焼成前の状態を指す。 The present invention relates to a green sheet, a green laminate, a method for producing a green laminate, and a method for producing a fired laminate. In this specification, “green” refers to the state before firing.
従来より、「無機粉体、分散媒、及びバインダを含むスラリーを成形・固化してグリーンシート(グリーンテープ)を作成し、前記作成されたグリーンシートを基板の上に接着・積層してグリーン積層体を得て、前記得られたグリーン積層体を焼成して焼成積層体を得る」方法、が広く知られている(例えば、特許文献1を参照)。 Conventionally, a green sheet (green tape) is prepared by molding and solidifying a slurry containing inorganic powder, a dispersion medium, and a binder, and the prepared green sheet is adhered and laminated on a substrate. A method of obtaining a fired body and firing the obtained green laminate to obtain a fired laminate is widely known (for example, see Patent Document 1).
上記文献には、基板の上にグリーンシートを積層するにあたり、そのグリーンシートを基板の上に接着(固定)するために、粘着性を有する(自着性の)グリーンシートを使用することを提案している。これにより、接着剤等を利用することなく、グリーンシートを基板の上に接着(固定)することができる。 In the above document, when laminating a green sheet on a substrate, it is proposed to use a sticky (self-adhesive) green sheet to adhere (fix) the green sheet on the substrate. doing. Thereby, a green sheet can be adhere | attached (fixed) on a board | substrate, without utilizing an adhesive agent etc.
本発明者は、比較的厚い(例えば、厚さが100μm以上1000μm以下の)グリーンシートを基板の上に接着・積層するため、「常温で粘着性を有する(自着性の)グリーンシートを作成し、このグリーンシートを基板の上に常温で接着・積層すること」を検討している。 Since the present inventor adheres and laminates a relatively thick green sheet (for example, a thickness of 100 μm or more and 1000 μm or less) on a substrate, “create a green sheet having adhesiveness (self-adhesive) at room temperature” Then, we are studying “adhesion and lamination of this green sheet on a substrate at room temperature”.
この「常温で粘着性を有するグリーンシート」には、「人間が手で扱い易いこと(所謂「ハンドリング性」が良いこと)」、「基板に対する十分な接着力が常温で備わっていること」、及び、「後の焼成時に確実に焼き締まること」が少なくとも要求される。本発明者は、種々の研究・実験を重ねた結果、上記要求を満足し得るグリーン積層体の製造方法を見出した。なお、「確実に焼き締まる」とは、具体的には、焼成後において、粉体同士の接触に起因する「ネック形成」又は「粒成長」が生じることによって焼成体の形状が保持されること、を指す。 This “green sheet having adhesiveness at normal temperature” has “manual handling by humans (so-called“ handling property ”is good)”, “adequate adhesion to the substrate at normal temperature”, In addition, it is required at least to “shrink securely during subsequent firing”. As a result of various researches and experiments, the present inventor has found a method for producing a green laminate that can satisfy the above requirements. In addition, “reliably firing” means that the shape of the fired body is maintained by “neck formation” or “grain growth” resulting from contact between powders after firing. .
本発明に係るグリーン積層体の製造方法は、「第1無機粉体、分散媒、及びバインダを含むスラリーを成形・固化して、常温で粘着性を有する前記グリーンシートを作成し、前記作成された粘着性を有するグリーンシートを、常温で、前記基板の上に接着・積層することによって前記グリーン積層体を得る」方法である。第1無機粉体は、典型的にはセラミックス粉体であるが、金属粉体であっても、「セラミックス粉体と金属粉体との混合粉体」であってもよい。 The method for producing a green laminate according to the present invention is as follows. “The first inorganic powder, the dispersion medium, and a slurry containing a binder are molded and solidified to produce the green sheet having adhesiveness at room temperature. The green laminate is obtained by adhering and laminating a sticky green sheet on the substrate at room temperature. The first inorganic powder is typically ceramic powder, but may be metal powder or “mixed powder of ceramic powder and metal powder”.
この製造方法の特徴は、前記バインダが、ガラス転移点が20℃以上48℃以下の物質を含み、且つ、前記グリーンシート全体(第1無機粉体、分散媒、バインダ、及び、気孔を含む)に対して前記バインダが占める体積割合(以下、「バインダの体積割合」と呼ぶ)が(乾燥状態で)20体積%以上60体積%以下であることにある。前記グリーンシートの厚さは、(乾燥状態で)100μm以上1000μm以下であることが好適であり、前記バインダの重量平均分子量は、8000以上100万以下であることが好ましい。なお、本明細書にて「気孔」とは、焼成前(グリーン体)か焼成後(焼成体)かにかかわらず、物体内に存在する空間を指す。 A feature of this manufacturing method is that the binder contains a material having a glass transition point of 20 ° C. or higher and 48 ° C. or lower, and the entire green sheet (including the first inorganic powder, the dispersion medium, the binder, and pores). The volume ratio of the binder (hereinafter referred to as “binder volume ratio”) is 20% by volume or more and 60% by volume or less (in a dry state). The thickness of the green sheet is preferably 100 μm or more and 1000 μm or less (in a dry state), and the weight average molecular weight of the binder is preferably 8000 or more and 1 million or less. In the present specification, the “pore” refers to a space existing in an object regardless of whether it is before firing (green body) or after firing (fired body).
本発明者は、上記要求を満足するために、バインダのガラス転移点と、バインダの体積割合に着目した。そして、本発明者は、前記バインダのガラス転移点が20℃以上48℃以下であり、且つ、バインダの体積割合が(乾燥状態で)20体積%以上60体積%以下であると、上記要求が満足され得ることを見出した(詳細は後述する)。 In order to satisfy the above requirements, the present inventor paid attention to the glass transition point of the binder and the volume ratio of the binder. And this inventor is the said request | requirement that the glass transition point of the said binder is 20 degreeC or more and 48 degrees C or less, and the volume ratio of a binder is 20 volume% or more and 60 volume% or less (in a dry state). It has been found that it can be satisfied (details will be described later).
上記本発明に係る製造方法を用いて、前記粘着性を有するグリーンシートを「第2無機粉体を含む基板」の上に常温で接着・積層することによって、グリーン積層体が得られる。ここで、前記基板は、グリーン体であっても焼成体であってもよい。前記基板の全体が多孔質であっても緻密質であってもよい。また、前記基板の一部のみ構造が異なっていてもよい。具体的には、例えば、前記基板の表面が緻密質で、前記基板の内部が多孔質であってもよい。 A green laminate is obtained by adhering and laminating the adhesive green sheet on the “substrate containing the second inorganic powder” at room temperature using the production method according to the present invention. Here, the substrate may be a green body or a fired body. The entire substrate may be porous or dense. Further, only a part of the substrate may have a different structure. Specifically, for example, the surface of the substrate may be dense and the inside of the substrate may be porous.
前記基板が「前記第2無機粉体を含む緻密な焼成体」である場合、前記グリーン積層体を焼成することによって、「前記第2無機粉体を含む緻密な焼成体」の上に「前記第1無機粉体を含む多孔質の焼成膜」が積層された焼成積層体を得ることができる。この場合、「前記第1無機粉体を含む多孔質の焼成膜」の気孔率が30体積%以上60体積%以下であり、「前記第2無機粉体を含む緻密な焼成体」の気孔率が10体積%以下であることが好適である。なお、前記第2無機粉体も、前記第1無機粉体と同様、典型的にはセラミックス粉体であるが、金属粉体であってもよい。また、第2無機粉体は、第1無機粉体と組成及び微構造が同じであっても、第1無機粉体とは組成又は微構造が異なっていてもよい。 When the substrate is “a dense fired body containing the second inorganic powder”, the green laminate is fired to form “the above dense fired body containing the second inorganic powder” A fired laminated body in which the “porous fired film containing the first inorganic powder” is laminated can be obtained. In this case, the porosity of the “porous fired film containing the first inorganic powder” is 30% by volume or more and 60% by volume or less, and the porosity of the “dense fired body containing the second inorganic powder”. Is preferably 10% by volume or less. The second inorganic powder is also typically a ceramic powder, like the first inorganic powder, but may be a metal powder. In addition, the second inorganic powder may have the same composition and microstructure as the first inorganic powder, or may have a different composition or microstructure from the first inorganic powder.
上記本発明に係るグリーン積層体の製造方法に使用されるグリーンシートは、「第1無機粉体、及びバインダ、を含んで構成されたグリーンシートであって、前記バインダは、ガラス転移点が20℃以上48℃以下の物質を含み、前記グリーンシート全体に対して前記バインダが占める体積割合が20体積%以上60体積%以下である、常温で粘着性を有するグリーンシート」と記載することができる。 The green sheet used in the method for manufacturing a green laminate according to the present invention is “a green sheet including a first inorganic powder and a binder, and the binder has a glass transition point of 20”. It can be described as a “green sheet having adhesiveness at room temperature, containing a substance at a temperature of from 0 ° C. to 48 ° C., and having a volume ratio of 20% by volume to 60% by volume of the binder relative to the whole green sheet”. .
ところで、一般に、グリーンシートが基板の平面上に接着・積層される場合と比べて、グリーンシートが基板の曲面上に接着・積層される場合、焼成後にて、「グリーンシートの焼成によって得られた焼成膜」にクラック及び剥離が生じ易い。基板の曲面の曲率半径に対してグリーンシート(焼成膜の前躯体)の厚さが大きいほど、上記クラック及び剥離が生じ易くなる。 By the way, in general, when the green sheet is bonded / laminated on the curved surface of the substrate as compared with the case where the green sheet is bonded / laminated on the plane of the substrate, after the baking, the “obtained by baking the green sheet” Cracks and peeling are likely to occur in the “fired film”. The greater the thickness of the green sheet (the precursor of the fired film) relative to the radius of curvature of the curved surface of the substrate, the easier the cracks and delamination occur.
この点に関し、本発明者は、本発明に係る上述したグリーンシートを使用すると、基板の曲面の曲率半径に対してグリーンシート(焼成膜の前躯体)が比較的厚くても、上記クラック及び剥離が生じ難いことを見出した。具体的には、前記グリーンシートの厚さをt(μm)とし、前記基板の前記曲面の曲率半径をR(μm)とし、前記バインダのガラス転移点をTg(K(ケルビン))としたとき、2.9(R/Tg)≦t≦225(R/Tg)の関係が成立する場合において、上記クラック及び剥離が生じ難いことが判明した(詳細は後述する)。 In this regard, when the inventor uses the above-described green sheet according to the present invention, even if the green sheet (the precursor of the fired film) is relatively thick with respect to the radius of curvature of the curved surface of the substrate, the crack and peeling It was found that is difficult to occur. Specifically, when the thickness of the green sheet is t (μm), the radius of curvature of the curved surface of the substrate is R (μm), and the glass transition point of the binder is Tg (K (Kelvin)). When the relationship of 2.9 (R / Tg) ≦ t ≦ 225 (R / Tg) is established, it has been found that the cracks and peeling are difficult to occur (details will be described later).
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施形態に係るグリーンシート、並びに、本発明の実施形態に係るグリーン積層体及び焼成積層体の製造方法について説明する。 Hereinafter, a green sheet according to an embodiment of the present invention, and a method for manufacturing a green laminate and a fired laminate according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
(焼成積層体の構成)
図1及び図2は、本発明の実施形態に係る焼成積層体を示す。この積層体は、直方体状の基板10と、基板10の上面(平面)に積層された薄い直方体状(平板状)の膜20と、から構成された焼成体である。この積層体では、基板10の上面の全域に亘って膜20が形成されている。この焼成積層体の幅A(y軸方向)、奥行きB(x軸方向)、高さC(z軸方向)はそれぞれ、例えば、10mm以上200mm以下、50mm以上500mm以下、1mm以上8mm以下である。
(Configuration of fired laminate)
1 and 2 show a fired laminate according to an embodiment of the present invention. This laminated body is a fired body composed of a rectangular
基板10は、第2セラミックスで構成された緻密な焼成体である。なお、基板10は、多孔質であってもよい。第2セラミックスとしては、例えば、酸化ジルコニウム、酸化イットリウム、酸化マグネシウム、酸化ニッケル、酸化鉄、酸化銅、又は、これらのうちの一つ以上を含む複合酸化物が使用され得る。「酸化ジルコニウム」には、例えば、イットリア安定化ジルコニアなどの添加元素が含まれていてもよい。基板10の厚さは、1mm以上8mm以下である。
The
膜20は、基板10より薄く、且つ、第1セラミックスで構成された多孔質の焼成膜である。第1セラミックスとしては、例えば、酸化ジルコニウム、酸化イットリウム、酸化マグネシウム、酸化ニッケル、酸化鉄、酸化銅、又は、これらのうちの一つ以上を含む複合酸化物が使用され得る。「酸化ジルコニウム」には、例えば、イットリア安定化ジルコニアなどの添加元素が含まれていてもよい。第2セラミックスは、第1セラミックスに対して組成又は微構造が異なる。一般に、焼成によるセラミックスの体積収縮率は1%以上70%以下である。このため、例えば、膜20の前駆体であるグリーンシートの厚さが(乾燥状態で)100μm以上1000μm以下である場合、貼り付け面(積層面、下面)が拘束された状態にある膜20の厚さは、概ね30μm以上990μm以下となる。膜20の気孔率は、30体積%以上60体積%以下である。気孔の平均径は0.2μm以上10μm以下である。ここで、「気孔」とは、焼成前(グリーン体)か焼成後(焼成体)かにかかわらず、物体内に存在する空間を指す。
The
(焼成積層体の製造方法)
次に、図1及び図2に示した焼成積層体の製造方法について、図3〜図8を参照しながら説明する。以下、各図において符号の末尾に「g」が付された部材は、「焼成前の状態」(グリーン)を表すものとする。また、焼成前の状態の成形体を単に「成形体」と呼び、「成形体」を焼成したものを「焼成体」と呼ぶものとする。
(Method for producing fired laminate)
Next, a method for manufacturing the fired laminate shown in FIGS. 1 and 2 will be described with reference to FIGS. Hereinafter, in each figure, a member with “g” at the end of the reference sign represents “a state before firing” (green). Further, a molded body in a state before firing is simply referred to as a “molded body”, and a product obtained by firing the “molded body” is referred to as a “fired body”.
先ず、図3に示すように、直方体状の緻密な焼成体である基板10が準備される。基板10は、例えば、「第2セラミックス粉体、分散媒、及びバインダを含むスラリー」を基板10に対応する形状に成形・固化し、この成形体を焼成することによって得られる。第2セラミックス粉体としては、例えば、酸化ジルコニウム、酸化イットリウム、酸化マグネシウム、酸化ニッケル、酸化鉄、酸化銅、又は、これらのうちの一つ以上を含む複合酸化物が好ましい。この粉体のメジアン径は、例えば、0.9μm以上10μm以下である。基板10の気孔率は、10体積%以下である。「酸化ジルコニウム」には、例えば、イットリア安定化ジルコニアなどの添加元素が含まれていてもよい。
First, as shown in FIG. 3, a
分散媒としては、例えば、炭化水素系(トルエン、キシレン、ソルベントナフサ等)、エーテル(エチレングリコールモノエチルエーテル、ブチルカルビトール、ブチルカルビトールアセテート等)、アルコール(イソプロパノール、1−ブタノール、エタノール、2−エチルヘキサノール、テルピネオール、エチレングリコール、グリセリン等)、ケトン(アセトン、メチルエチルケトン等)、エステル(酢酸ブチル、グルタル酸ジメチル、トリアセチン等)、多塩基酸(グルタル酸等)が使用され得る。特に、多塩基酸エステル(例えば、グルタル酸ジメチル等)、多価アルコールの酸エステル(例えば、トリアセチン等)等の、「2以上のエステル結合を有する溶剤」を使用することが好ましい。バインダとしては、例えば、アクリル系、ブチラール系、エポキシ系などが、単独又は混合された状態で使用され得る。また、イソシアネート、エチレングリコールなどのポリオールが使用され得る。バインダ(の有機成分)として、ウレタン樹脂のようにゲル化反応(化学反応、例えば、イソシアネートとポリオールとの間で生じるウレタン反応)により固化するゲル化剤(加熱により反応が起こる熱硬化性樹脂を含む)が使用されてもよいし、ゲル化剤以外の材料(即ち、化学反応では固化せず、乾燥によってのみ固化する材料)が使用されてもよい。 Examples of the dispersion medium include hydrocarbons (toluene, xylene, solvent naphtha, etc.), ethers (ethylene glycol monoethyl ether, butyl carbitol, butyl carbitol acetate, etc.), alcohols (isopropanol, 1-butanol, ethanol, 2 -Ethylhexanol, terpineol, ethylene glycol, glycerin, etc.), ketones (acetone, methyl ethyl ketone, etc.), esters (butyl acetate, dimethyl glutarate, triacetin, etc.), polybasic acids (glutaric acid, etc.) can be used. In particular, it is preferable to use a “solvent having two or more ester bonds” such as a polybasic acid ester (for example, dimethyl glutarate) or an acid ester of a polyhydric alcohol (for example, triacetin). As the binder, for example, acrylic, butyral, epoxy, or the like can be used alone or in a mixed state. Also, polyols such as isocyanate and ethylene glycol can be used. As a binder (an organic component), a gelling agent (a thermosetting resin that undergoes a reaction by heating) is solidified by a gelation reaction (chemical reaction, for example, a urethane reaction that occurs between an isocyanate and a polyol) like a urethane resin. A material other than a gelling agent (that is, a material that does not solidify by a chemical reaction and solidifies only by drying) may be used.
また、図4に示すように、膜20に対応する形状を有するグリーンシート20gが準備される。即ち、グリーンシート20gは、基板10より薄い直方体状の成形体である。グリーンシート20gの厚さは、(乾燥状態で)100μm以上1000μm以下である。
Further, as shown in FIG. 4, a
グリーンシート20gは、薄くて変形し易いので、図4に示すように、PETフィルムに貼り付けられた状態(以下、「PETフィルム付シート20g」と呼ぶ)で準備される。なお、グリーンシート20g単独で準備されてもよい。
Since the
グリーンシート20gは、「第1セラミックス粉体、分散媒、及びバインダを含むスラリー」を薄板状(テープ状)に成形・固化した後、膜20に対応する形状に切り出して得られる。ここで、「固化」とは、分散媒の揮発又は化学反応によってグリーン体の形状が保持されること、を指す。この成形は、ドクターブレード法等を使用して行われる。第1セラミックス粉体は、第2セラミックス粉体に対して組成又は微構造が異なる。第1セラミックス粉体としては、例えば、例えば、酸化ジルコニウム、酸化イットリウム、酸化マグネシウム、酸化ニッケル、酸化鉄、酸化銅、又は、これらのうちの一つ以上を含む複合酸化物が好ましい。この粉体のメジアン径は、例えば、0.2μm以上10μm以下である。分散媒としては、例えば、炭化水素系(トルエン、キシレン、ソルベントナフサ等)、エーテル(エチレングリコールモノエチルエーテル、ブチルカルビトール、ブチルカルビトールアセテート等)、アルコール(イソプロパノール、1−ブタノール、エタノール、2−エチルヘキサノール、テルピネオール、エチレングリコール、グリセリン等)、ケトン(アセトン、メチルエチルケトン等)、エステル(酢酸ブチル、グルタル酸ジメチル、トリアセチン等)、多塩基酸(グルタル酸等)が使用され得る。特に、多塩基酸エステル(例えば、グルタル酸ジメチル等)、多価アルコールの酸エステル(例えば、トリアセチン等)等の、「2以上のエステル結合を有する溶剤」を使用することが好ましい。
The
バインダとしては、ガラス転移点が20℃以上48℃以下の物質が使用される。具体的には、例えば、アクリル系樹脂が挙げられる。これらの中でも、特に、ポリメタクリル酸n−ブチル(ガラス転移点:20℃)を使用することが好適である。ガラス転移点が常温に近いため、グリーンシートの保型性と接着性とを共に良好に維持することが容易だからである。バインダ中における「ガラス転移点が20℃以上48℃以下の物質」の体積割合は30%以上である。また、バインダの重量平均分子量は8000以上100万以下であることが好適である。 As the binder, a material having a glass transition point of 20 ° C. or higher and 48 ° C. or lower is used. Specifically, acrylic resin is mentioned, for example. Among these, it is particularly preferable to use poly (n-butyl methacrylate) (glass transition point: 20 ° C.). This is because the glass transition point is close to room temperature, and it is easy to maintain both the shape retention and adhesion of the green sheet. The volume ratio of the “substance having a glass transition point of 20 ° C. or higher and 48 ° C. or lower” in the binder is 30% or higher. The weight average molecular weight of the binder is preferably 8000 or more and 1,000,000 or less.
なお、グリーンシート20g(より具体的には、スラリー)には、必要に応じて、可塑剤、増粘剤、及び、分散助剤が含まれていてもよい。更には、グリーンシート20g(スラリー)には、焼成後の気孔率の調整のため、造孔材(焼成で消失する材料であり、例えば、アクリル樹脂の粒子)が含まれてもよい。これにより、グリーンシート20gの状態では気孔でなかった部分のうち、造孔材が占めていた部分は、焼成後の膜20では気孔となる。この場合、膜20の内部において大きな気孔(例えば、直径が2μm以上10μm以下)が形成され得る。なお、グリーンシート20gを焼成して得られる焼成膜20の気孔率の調整は、グリーンシート20g内に含まれる第1セラミックス粉体の平均粒径を調整することによっても達成可能である。
The
グリーンシート20gの全体に対するバインダが占める体積割合(以下、「バインダの体積割合」と呼ぶ)は、(乾燥状態にて)20体積%以上60体積%以下である。バインダのガラス転移点、及び、バインダの体積割合が上記の範囲内に調整されていることに起因して、このグリーンシート20g(本発明の実施形態に係るグリーンシート)は、常温で粘着性を有する。この粘着性は、主として、グリーンシート中に含まれるバインダによってもたらされる。加えて、このグリーンシート20gは、「常温で粘着性を有するグリーンシート」としての「発明の概要」の欄で記載した全ての要求を満足する。この点については後に詳述する。
The volume ratio of the binder to the entire
続いて、グリーンシート20gが粘着性を有する状態で、且つ、常温にて、図5に示すように、PETフィルム付シート20g(のグリーンシート20g)が基板10の上面(接着面)が貼り付けられる。このとき、グリーンシート20gが有する粘着性を利用することによって、グリーンシート20gが基板10の上面に接着・固定される。これにより、図6に示す積層体が得られる。なお、図6に示す状態で、グリーンシート20gが、0.001kgf/mm以上の接着力(JIS Z0237)を備えていると好ましい。
Subsequently, the
PETフィルム付シート20gの基板10に対する押圧力は、PETフィルム付きシート20gの自重のみによって付与されてもよいし、ゴムなどを介してPETフィルム付きシート20gの上面を加圧することによって調整されてもよい。PETフィルム付シート20gの基板10に対する押圧力は、20kgf/cm2以下であることが好適である。これにより、図6に示す積層体の変形が抑制され得る。
The pressing force of the PET film-attached
このような押圧状態は、常温にて、例えば、10秒間以上300秒間以下に亘って継続される。なお、この押圧状態の終了後、基板10に対するグリーンシート20gの接着をより確実とするため、図6に示す積層体に対して、50℃以上150℃以下で5分間以上60分間以下程度の乾燥処理(加熱処理)を施してもよい。
Such a pressing state is continued at room temperature, for example, for 10 seconds to 300 seconds. In addition, after completion | finish of this press state, in order to adhere | attach the
次いで、図7に示すように、図6に示す積層体からPETフィルムが剥がされる。この結果、図8に示すように、「緻密な焼成体である基板10の上面に、比較的厚いグリーンシート20gが接着・積層されたグリーン積層体」が得られる。
Then, as shown in FIG. 7, the PET film is peeled off from the laminate shown in FIG. As a result, as shown in FIG. 8, a “green laminated body in which a relatively thick
そして、このグリーン積層体が、400℃以上750℃以下で1時間以上10時間以下に亘って脱脂される。その後、脱脂後のグリーン積層体が、900℃以上1600℃以下で1時間以上10時間以下に亘って焼成される。この結果、グリーンシート20gの内部に残存していた分散媒、及びバインダが揮発・除去されて、図1及び図2に示す焼成積層体、即ち、「緻密な焼成体である基板10の上面に多孔質の焼成膜20が積層された焼成積層体」が得られる。
And this green laminated body is degreased at 400 degreeC or more and 750 degrees C or less over 1 hour or more and 10 hours or less. Thereafter, the degreased green laminate is fired at 900 ° C. to 1600 ° C. for 1 hour to 10 hours. As a result, the dispersion medium and the binder remaining in the
(常温で粘着性を有するグリーンシートに含まれるバインダの、ガラス転移点及び体積割合の適正な範囲)
上述した「常温で粘着性を有するグリーンシート20g」には、「人間が手で扱い易いこと(所謂「ハンドリング性」が良いこと)」、「基板10に対する十分な接着力が常温で備わっていること」、及び、「後の焼成時に確実に焼き締まること」が少なくとも要求される。
(Appropriate range of glass transition point and volume ratio of binder contained in green sheet having adhesiveness at room temperature)
The above-mentioned “
本発明者は、種々の研究・実験を重ねた結果、これらの要求内容が、グリーンシートに含まれるバインダの「ガラス転移点及び体積割合」と密接な関係があることを見出した。加えて、本発明者は、これらの要求を満足するために必要な「バインダのガラス転移点」及び「バインダの体積割合」の範囲を見出した。以下、この結論を得るために行われた試験Aについて説明する。 As a result of repeating various studies and experiments, the present inventor has found that these requirements are closely related to the “glass transition point and volume ratio” of the binder contained in the green sheet. In addition, the present inventor has found a range of “binder glass transition point” and “binder volume ratio” necessary to satisfy these requirements. Hereinafter, the test A performed to obtain this conclusion will be described.
(試験A)
試験Aでは、図1〜図8に示した本実施形態に係る焼成積層体について、表1に示すように、グリーンシート(より具体的には、スラリー)に含まれるバインダの「ガラス転移点及び体積割合の組み合わせ」が異なる複数のサンプルが作製された。
(Test A)
In the test A, as shown in Table 1, with respect to the fired laminate according to the present embodiment shown in FIGS. 1 to 8, the “glass transition point of the binder contained in the green sheet (more specifically, slurry) and A plurality of samples having different “volume ratio combinations” were produced.
各サンプル(焼成積層体)として、図1及び図2に示すように、「緻密な焼成体である直方体状の基板の上面に、板状の多孔質の焼成膜が積層された焼成積層体」が作製された。各サンプル(積層焼成体)の幅A(y軸方向)、奥行きB(x軸方向)、高さC(z軸方向)はそれぞれ、50mm、100mm、5mmであった。基板の気孔率は5体積%以上10体積%以下であった。焼成膜の気孔率は30体積%以上60体積%以下であった。各サンプルは、上述した図3〜図8に示したように、「緻密な焼成体である基板の上面に、常温にて、粘着性を有するグリーンシートを接着・積層して得られたグリーン積層体」を焼成することによって得られた。基板を構成する第2セラミックスとしては、アルミナが使用された。グリーンシートは、ドクターブレード法を用いて成形された。グリーンシート用のスラリーには、第1セラミックス粉体として「ジルコニアの粉体」、分散媒として「ブタノール、及び、トルエン」、可塑剤として「フタル酸エステル」、造孔材として「アクリル樹脂ビーズ」、が含まれていた。グリーンシートの厚さは、100μmであった。 As each sample (firing laminate), as shown in FIG. 1 and FIG. 2, a “firing laminate in which a plate-like porous fired film is laminated on the upper surface of a cuboid substrate that is a dense fired body” Was made. The width A (y-axis direction), depth B (x-axis direction), and height C (z-axis direction) of each sample (laminated fired body) were 50 mm, 100 mm, and 5 mm, respectively. The porosity of the substrate was 5% by volume or more and 10% by volume or less. The porosity of the fired film was 30% by volume or more and 60% by volume or less. As shown in FIGS. 3 to 8 described above, each sample is “green laminate obtained by adhering and laminating an adhesive green sheet on the upper surface of a substrate that is a dense fired body at room temperature. It was obtained by firing the “body”. Alumina was used as the second ceramic constituting the substrate. The green sheet was formed using a doctor blade method. The slurry for green sheets includes “Zirconia powder” as the first ceramic powder, “butanol and toluene” as the dispersion medium, “phthalate ester” as the plasticizer, and “acrylic resin beads” as the pore former. , Was included. The thickness of the green sheet was 100 μm.
グリーンシート用のスラリーに含まれる、ガラス転移点が5℃、20℃、26℃、36℃、48℃、65℃のバインダとして、それぞれ、共栄社化学製KC500、根上工業製アクリル系バインダM6003、M6701、M6664、M0603、M5001が使用された。グリーン積層体の焼成(より具体的には、グリーンシートの焼成)は、600℃で2時間の脱脂後、1000℃で1時間に亘って行われた。表1におけるバインダの体積割合は、乾燥状態(グリーンシート(スラリー)が乾燥した状態、即ち、スラリー中のバインダが残存する一方でスラリー内の分散媒が揮発除去された状態)での値である。バインダの重量平均分子量は、8000以上100万以下であった。 As binders having glass transition points of 5 ° C., 20 ° C., 26 ° C., 36 ° C., 48 ° C. and 65 ° C. contained in the slurry for green sheets, KC500 manufactured by Kyoeisha Chemical Co., Ltd. and acrylic binders M6003 and M6701 manufactured by Negami Kogyo respectively. M6664, M0603, M5001 were used. Firing of the green laminate (more specifically, firing of the green sheet) was performed at 1000 ° C. for 1 hour after degreasing at 600 ° C. for 2 hours. The volume ratio of the binder in Table 1 is a value in a dry state (a state in which the green sheet (slurry) is dried, that is, a state in which the binder in the slurry remains while the dispersion medium in the slurry is volatilized and removed). . The weight average molecular weight of the binder was 8000 to 1,000,000.
この試験Aでは、各サンプルについて、緻密焼成体である基板の上にグリーンシートを貼り付ける際において、「グリーンシートが手で扱い易いか否か」(観点1)、及び、「基板に対するグリーンシートの接着力が常温で十分に備わっているか否か」(観点2)が評価され、グリーン積層体の焼成後においては、「グリーンシートが確実に焼き締まったか否か」(観点3)が評価された。 In this test A, for each sample, when a green sheet was pasted onto a substrate that was a dense fired body, “whether the green sheet is easy to handle by hand” (viewpoint 1) and “green sheet for the substrate” (Aspect 2) is evaluated whether or not the adhesive strength is sufficiently provided at room temperature, and after the firing of the green laminate, “whether the green sheet is securely baked firmly” (Aspect 3) is evaluated. It was.
これらの結果は表1に示すとおりである。表1において、「○」は、上記の各評価の結果の全てが良いことを示し、「×」は、上記の各評価の結果の少なくとも1つが悪いことを示す。表1において、「×」で示された領域のうち、太線枠aで囲まれた領域では、グリーンシートが柔らか過ぎてルミラーからの剥離後にグリーンシートの形状が保持され得ないことに起因して(観点1)について評価が悪かった。これは、常温に対してバインダのガラス転移点が低過ぎることに起因すると考えられる。太線bで囲まれた領域では、常温でのグリーンシートの粘着性が低過ぎることに起因して(観点2)について評価が悪かった。これは、常温に対してバインダのガラス転移点が高過ぎることに起因すると考えられる。太線cで囲まれた領域では、常温でのグリーンシートの粘着性が低過ぎることに起因して(観点2)について評価が悪かった。これは、スラリー中のバインダの体積割合が低過ぎることに起因すると考えられる。太線dで囲まれた領域では、焼成後にてグリーンシートの焼き締まりが不十分であることに起因して(観点3)について評価が悪かった。これは、スラリー中のバインダの体積割合が高過ぎる(即ち、第1セラミックス粉体の体積割合が低過ぎる)ことに起因すると考えられる。 These results are shown in Table 1. In Table 1, “◯” indicates that all the results of the respective evaluations are good, and “X” indicates that at least one of the results of the respective evaluations is bad. In Table 1, among the regions indicated by “x”, in the region surrounded by the thick line frame a, the green sheet is too soft and the shape of the green sheet cannot be maintained after peeling from the Lumirror. Evaluation on (Viewpoint 1) was bad. This is considered due to the fact that the glass transition point of the binder is too low with respect to room temperature. In the area surrounded by the thick line b, the evaluation of (Viewpoint 2) was bad due to the adhesiveness of the green sheet at room temperature being too low. This is considered due to the fact that the glass transition point of the binder is too high with respect to room temperature. In the region surrounded by the thick line c, the evaluation of (Viewpoint 2) was bad due to the adhesiveness of the green sheet at room temperature being too low. This is considered due to the fact that the volume ratio of the binder in the slurry is too low. In the region surrounded by the thick line d, the evaluation of (Viewpoint 3) was bad because the green sheet was insufficiently baked after firing. This is considered due to the fact that the volume ratio of the binder in the slurry is too high (that is, the volume ratio of the first ceramic powder is too low).
表1から、バインダのガラス転移点が20℃以上48℃以下であり、且つ、バインダの体積割合が20体積%以上60体積%以下であると、上記(観点1)、(観点2)、及び(観点3)の全てについて評価が良いことが分かる。以上、これらの条件を満足することによって、グリーンシートが、「常温で粘着性を有するグリーンシート」としての上述した全ての要求を満足する、ことが判明した。 From Table 1, when the glass transition point of the binder is 20 ° C. or more and 48 ° C. or less and the volume ratio of the binder is 20% by volume or more and 60% by volume or less, the above (viewpoint 1), (viewpoint 2), and It can be seen that the evaluation is good for all (viewpoint 3). As described above, it has been found that by satisfying these conditions, the green sheet satisfies all the above-described requirements as “a green sheet having adhesiveness at room temperature”.
(基板の曲面に貼り付けられたグリーンシートにおけるクラック等の抑制)
上述した図1〜図8を参照しながら説明した実施形態は、基板の平面上にグリーンシートが貼り付けられていた。これに対し、基板の曲面上にグリーンシートが貼り付けられる場合を考える。一般に、グリーンシートが基板の平面上に貼り付けられる場合と比べて、グリーンシートが基板の曲面上に貼り付けられる場合、グリーンシート内に発生する内部応力に起因して、焼成後にて、「グリーンシートであった焼成膜」にクラック及び剥離(以下、「クラック等」と呼ぶ)が生じ易い。基板の曲面の曲率半径に対してグリーンシート(焼成膜)の厚さが大きいほど、上記クラック等が生じ易くなる。
(Suppression of cracks in green sheets affixed to the curved surface of the substrate)
In the embodiment described with reference to FIGS. 1 to 8 described above, the green sheet is attached on the plane of the substrate. On the other hand, consider a case where a green sheet is pasted on the curved surface of the substrate. In general, when a green sheet is affixed on a curved surface of a substrate as compared with the case where a green sheet is affixed on a plane of a substrate, the “green” is caused after firing due to internal stress generated in the green sheet. Cracks and peeling (hereinafter referred to as “cracks etc.”) are likely to occur in the “fired film that was a sheet”. The larger the thickness of the green sheet (fired film) with respect to the radius of curvature of the curved surface of the substrate, the more easily the cracks and the like are generated.
この点に関し、本発明者は、上述した「バインダのガラス転移点が20℃以上48℃以下であり、且つ、バインダの体積割合が20体積%以上60体積%以下である、常温で粘着性を有するグリーンシート」を使用すると、基板の曲面の曲率半径に対してグリーンシート(焼成膜)が比較的厚くても、上記クラック等が生じ難いことを見出した。以下、この結論を得るために行われた試験Bについて説明する。 In this regard, the present inventor stated above that “the glass transition point of the binder is 20 ° C. or more and 48 ° C. or less, and the volume ratio of the binder is 20% by volume or more and 60% by volume or less. It was found that when the “green sheet having” is used, the cracks and the like hardly occur even when the green sheet (fired film) is relatively thick with respect to the curvature radius of the curved surface of the substrate. Hereinafter, test B performed to obtain this conclusion will be described.
(試験B)
試験Bでは、図1及び図2にそれぞれ対応する図9及び図10に示すように、一対の側端面が外に凸の曲面である緻密な焼成体である基板10と、基板10の一対の側端面を含む表面に積層された一対の多孔質の焼成膜20、20と、を備えた複数のサンプル(焼成積層体)が作製された。これらのサンプルは、図11及び図12に示すように、「緻密な焼成体である基板10の一対の側端面上に一対のグリーンシート20gを貼り付けることによって得られたグリーン積層体」を焼成して得られた。
(Test B)
In test B, as shown in FIGS. 9 and 10 corresponding to FIGS. 1 and 2, respectively, a pair of side end surfaces is a densely fired body having convex convex surfaces, and a pair of substrates 10 A plurality of samples (fired laminates) including a pair of porous fired
図12に示すように、基板10の側端面の曲率半径をRμmとし、グリーンシート20gの厚さをtμmとする。また、バインダのガラス転移点をTg(K(ケルビン))とする。この試験Bでは、(R/Tg)及びtの組み合わせが異なる本実施形態についての複数のサンプルと、(R/Tg)及びtの組み合わせが異なる比較例についての複数のサンプルと、が作製された。本実施形態についてのサンプルでは、グリーンシート20gとして、「バインダのガラス転移点が20℃以上48℃以下であり、且つ、バインダの体積割合が20体積%以上60体積%以下である、常温で粘着性を有するグリーンシート」が使用された。比較例についてのサンプルでは、グリーンシート20gとして、「バインダのガラス転移点が80℃以上であり、且つ、バインダの体積割合が20体積%以上60体積%以下であるグリーンシート」が使用された。各サンプルにおいて、グリーンシート中のバインダ以外の成分の材料、基板の材料及び寸法、並びに、焼成条件を含むその他の種々の試験条件については、試験Aと同じとされた。
As shown in FIG. 12, the radius of curvature of the side end face of the
この試験Bでは、各サンプルについて、図11及び図12に示すグリーン積層体を焼成して図9及び図10に示す焼成積層体を得た後、「グリーンシート20gであった焼成膜20」にクラック等が発生したか否かが評価された。この評価は、目視、及び、光学顕微鏡を使用して行われた。図13は、比較例についての複数のサンプルに関する評価結果を示し、図14は、本実施形態についての複数のサンプルに関する評価結果を示す。図13及び図14において、「○」は、上記クラック等が確認されないこと(クラック等なし)を示し、「×」は、上記クラック等が確認されたこと(クラック等あり)を示す。 In this test B, for each sample, the green laminate shown in FIG. 11 and FIG. 12 was fired to obtain the fired laminate shown in FIG. 9 and FIG. It was evaluated whether or not cracks occurred. This evaluation was performed visually and using an optical microscope. FIG. 13 shows the evaluation results for a plurality of samples for the comparative example, and FIG. 14 shows the evaluation results for the plurality of samples for this embodiment. In FIG. 13 and FIG. 14, “◯” indicates that the crack or the like is not confirmed (no crack or the like), and “X” indicates that the crack or the like is confirmed (there is a crack or the like).
図13から理解できるように、比較例では、図13のグラフ上において、「t=2.9・(R/Tg)」で表わされる直線の下側領域にてクラック等が発生せず、同直線の上側領域にてクラック等が発生する、といえる。同様に、図14から理解できるように、本実施形態では、図14のグラフ上において、「t=255・(R/Tg)」で表わされる直線の下側領域にてクラック等が発生せず、同直線の上側領域にてクラック等が発生する、といえる。 As can be understood from FIG. 13, in the comparative example, no crack or the like occurs in the lower region of the straight line represented by “t = 2.9 · (R / Tg)” on the graph of FIG. It can be said that cracks and the like occur in the upper region of the straight line. Similarly, as can be understood from FIG. 14, in this embodiment, cracks or the like do not occur in the lower region of the straight line represented by “t = 255 · (R / Tg)” on the graph of FIG. 14. It can be said that cracks and the like occur in the upper region of the straight line.
図13及び図14との比較から明らかなように、図15に微細なドットで示す領域は、比較例ではクラック等が発生する一方で本実施形態ではクラック等が発生しない領域である、と言える。換言すれば、比較例では得られず、本実施形態を採用することによって初めて得られた「クラック等が発生しない領域」である。 As is clear from comparison with FIGS. 13 and 14, it can be said that the area indicated by the fine dots in FIG. 15 is an area where cracks or the like are generated in the comparative example but no cracks or the like are generated in the present embodiment. . In other words, it is a “region where cracks and the like do not occur” which is not obtained in the comparative example and is obtained for the first time by adopting the present embodiment.
以上のことから、「バインダのガラス転移点が20℃以上48℃以下であり、且つ、バインダの体積割合が20体積%以上60体積%以下である、常温で粘着性を有する本実施形態のグリーンシート」を使用すると、比較例のグリーンシートを使用した場合と比べて、基板の曲面の曲率半径に対してグリーンシート(焼成膜)が比較的厚くても、上記クラック等が生じ難い、ということができる。 From the above, the green of this embodiment having adhesiveness at room temperature, in which the glass transition point of the binder is 20 ° C. or higher and 48 ° C. or lower, and the volume ratio of the binder is 20% by volume or more and 60% by volume or less. The use of “sheet” means that the cracks and the like are less likely to occur even when the green sheet (fired film) is relatively thick with respect to the radius of curvature of the curved surface of the substrate as compared to the case of using the green sheet of the comparative example. Can do.
本発明は上記実施形態及び変形例に限定されることはなく、本発明の範囲内において種々の変形例を採用することができる。例えば、上記各実施形態では、第2セラミックスで構成された緻密な焼成体である基板が使用されているが、緻密な金属で構成された基板が使用されてもよい。また、第2セラミックス又は金属で構成された多孔質の基板が使用されてもよい。 The present invention is not limited to the above-described embodiments and modifications, and various modifications can be adopted within the scope of the present invention. For example, in each of the above embodiments, a substrate that is a dense fired body made of the second ceramic is used, but a substrate made of a dense metal may be used. A porous substrate made of the second ceramic or metal may be used.
また、上記各実施形態では、「焼成体である基板の上にグリーンシートが貼り付けられることで得られたグリーン積層体」が焼成されて、焼成積層体が得られているが、グリーン体である基板の上にグリーンシートが貼り付けられることで得られたグリーン積層体」が焼成されて、焼成積層体が得られてもよい。 In each of the above embodiments, the “green laminate obtained by pasting a green sheet on a substrate that is a fired body” is fired to obtain a fired laminate. The green laminate obtained by attaching a green sheet on a certain substrate may be fired to obtain a fired laminate.
また、上記各実施形態では、グリーンシートを焼成して得られる焼成膜20が多孔質(気孔率が30体積%以上60体積%以下)であるが、同焼成膜20が緻密質(気孔率が10体積%以下)であってもよい。
Further, in each of the above embodiments, the fired
また、上記各実施形態では、「焼成体である基板の上に粘着性を有するグリーンシートのみが貼り付けられることで得られたグリーン積層体」が焼成されて2層の焼成積層体が形成されているが、「焼成体である基板の上に粘着性を有するグリーンシートが貼り付けられ、その粘着性を有するグリーンシートの上に粘着性を有さないグリーンシートが貼り付けられることで得られたグリーン積層体」が焼成されて3層以上の焼成積層体が形成されてもよい。 Further, in each of the above embodiments, “a green laminate obtained by sticking only an adhesive green sheet on a fired substrate” is fired to form a two-layer fired laminate. However, “It is obtained by sticking a green sheet having adhesiveness on a substrate that is a fired body, and sticking a green sheet having no adhesiveness on the green sheet having adhesiveness. The “green laminate” may be fired to form a fired laminate of three or more layers.
10…基板、20…焼成膜、20g…グリーンシート 10 ... substrate, 20 ... fired film, 20g ... green sheet
Claims (7)
前記基板の前記側端面上に接着・積層されたグリーンシートと、
を含み、
前記グリーンシートは、第1無機粉体、及びガラス転移点が20℃以上48℃以下の物質を含むバインダ、を含んで構成され、前記グリーンシート全体に対して前記バインダが占める体積割合が20体積%以上60体積%以下である、常温で粘着性を有するグリーンシートであり、
前記グリーンシートの厚さをt(μm)とし、前記基板の前記側端面の曲率半径をR(μm)とし、前記バインダのガラス転移点をTg(ケルビン)としたとき、2.9・(R/Tg)≦t≦225・(R/Tg)の関係が成立し、
前記バインダは、重量平均分子量が8000以上100万以下のアクリル系バインダである、グリーン積層体。 A flat plate-like substrate having a side end face that is a convex curved surface;
A green sheet adhered and laminated on the side end surface of the substrate;
Including
The green sheet includes a first inorganic powder and a binder including a material having a glass transition point of 20 ° C. or higher and 48 ° C. or lower, and a volume ratio of the binder to the entire green sheet is 20 volumes. % Or more and 60% by volume or less, a green sheet having adhesiveness at room temperature,
When the thickness of the green sheet is t (μm), the radius of curvature of the side end face of the substrate is R (μm), and the glass transition point of the binder is Tg (Kelvin), 2.9 · (R / Tg) ≦ t ≦ 225 · (R / Tg)
The said binder is a green laminated body which is an acrylic binder whose weight average molecular weight is 8000 or more and 1 million or less.
前記グリーンシートの厚さが100μm以上1000μm以下である、グリーン積層体。 In the green laminated body of Claim 1,
The green laminated body whose thickness of the said green sheet is 100 micrometers or more and 1000 micrometers or less.
前記基板として、平板状で、外に凸の曲面である側端面を有する基板を用い、
第1無機粉体、分散媒、及びガラス転移点が20℃以上48℃以下の物質を含む重量平均分子量が8000以上100万以下のアクリル系のバインダ、を含むスラリーを成形・固化して、前記グリーンシート全体に対して前記バインダが占める体積割合が20体積%以上60体積%以下である、常温で粘着性を有する前記グリーンシートを作成し、
前記作成された粘着性を有するグリーンシートを、常温で、前記基板の前記側端面上に接着・積層することによって、前記グリーンシートの厚さをt(μm)とし、前記基板の前記側端面の曲率半径をR(μm)とし、前記バインダのガラス転移点をTg(ケルビン)としたとき、2.9・(R/Tg)≦t≦225・(R/Tg)の関係が成立する前記グリーン積層体を得る、グリーン積層体の製造方法。 A green laminate comprising a substrate and a green sheet bonded and laminated on the substrate,
As the substrate, using a flat plate-like substrate having a side end surface that is a convex curved surface,
Forming and solidifying a slurry containing a first inorganic powder, a dispersion medium, and an acrylic binder having a weight average molecular weight of 8000 to 1,000,000 , including a material having a glass transition point of 20 ° C to 48 ° C; The volume ratio occupied by the binder with respect to the whole green sheet is 20% by volume or more and 60% by volume or less, creating the green sheet having adhesiveness at room temperature,
The prepared green sheet having adhesiveness is adhered and laminated on the side end surface of the substrate at room temperature, whereby the thickness of the green sheet is t (μm), and the side end surface of the substrate is When the radius of curvature is R (μm) and the glass transition point of the binder is Tg (Kelvin), the green that satisfies the relationship of 2.9 · (R / Tg) ≦ t ≦ 225 · (R / Tg) A method for producing a green laminate, which obtains a laminate.
前記グリーンシートの厚さが100μm以上1000μm以下である、グリーン積層体の製造方法。 In the manufacturing method of the green laminated body of Claim 3,
The manufacturing method of the green laminated body whose thickness of the said green sheet is 100 micrometers or more and 1000 micrometers or less.
前記作成されたグリーン積層体を焼成することによって、前記第2無機粉体を含む緻密な焼成体の上に前記第1無機粉体を含む多孔質の焼成体が積層された焼成積層体を得る、焼成積層体の製造方法。 Using the manufacturing method according to claim 3 or 4 , the green sheet having adhesiveness is adhered and laminated at room temperature on the substrate which is a dense fired body containing the second inorganic powder. Create a laminate,
By firing the created green laminate, a fired laminate in which a porous fired body containing the first inorganic powder is laminated on a dense fired body containing the second inorganic powder is obtained. The manufacturing method of a baked laminated body.
前記第1無機粉体を含む多孔質の焼成体の気孔率が30体積%以上60体積%以下であり、
前記第2無機粉体を含む緻密な焼成体の気孔率が10体積%以下である、
焼成積層体の製造方法。 In the manufacturing method of the baking laminated body of Claim 5 ,
The porosity of the porous fired body containing the first inorganic powder is 30% by volume or more and 60% by volume or less,
The porosity of the dense fired body containing the second inorganic powder is 10% by volume or less.
A method for producing a fired laminate.
前記第1無機粉体は、第1セラミックス粉体であり、
前記第2無機粉体は、前記第1セラミックス粉体とは組成又は微構造が異なる第2セラミックス粉体である、焼成積層体の製造方法。 In the manufacturing method of the baked laminated body of Claim 5 or Claim 6 ,
The first inorganic powder is a first ceramic powder,
The method for producing a fired laminate, wherein the second inorganic powder is a second ceramic powder having a composition or a microstructure different from that of the first ceramic powder.
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