電子工藝技術(shù)論文
電子工藝技術(shù)論文
電子產(chǎn)品在國民經(jīng)濟(jì)各個領(lǐng)域中的應(yīng)用愈來愈廣泛。其生產(chǎn)工藝也得得到了長足的發(fā)展。下面是學(xué)習(xí)啦小編整理的電子工藝技術(shù)論文，希望你能從中得到感悟!
電子工藝技術(shù)論文篇一
淺談電子工藝的基本環(huán)節(jié)
摘 要：電子產(chǎn)品在國民經(jīng)濟(jì)各個領(lǐng)域中的應(yīng)用愈來愈廣泛。其生產(chǎn)工藝也得得到了長足的發(fā)展。從設(shè)計到焊接，是有其嚴(yán)格的工藝要求。其中，電路板焊接過程中需手工插件、手工焊接、修理和檢驗，具體的流程為：按清單歸類元器件—插件—焊接—剪腳—檢查—修整。而焊接是電子產(chǎn)品制造中最重要的一個環(huán)節(jié)，焊接的質(zhì)量直接關(guān)系到電子作品能否穩(wěn)定可靠地工作，提高焊接質(zhì)量，是電子產(chǎn)品質(zhì)量的保障。
關(guān)鍵詞：Altium Designer 6 焊接技術(shù) 調(diào)試
中圖分類號：TM56 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-3973(2012)006-001-02
電子工藝制作的第一步首先要根據(jù)電路確定的功能，構(gòu)思好原理圖，即必須知道所設(shè)計的項目需要哪些電路來完成，然后用 Altium Designer 6.0 來完成電路原理圖的繪制調(diào)試及PCB圖的布局。
其中繪制設(shè)計分為6步：
(1)新建原理圖文件。
(2)設(shè)置工作環(huán)境。根據(jù)實際電路的復(fù)雜程度來設(shè)置圖紙的大小。
(3)放置組件。從組件庫中選取組件，布置到圖紙的合適位置。
(4)原理圖的布線。根據(jù)實際的需要，利用 SCH 提供的工具、指令進(jìn)行布線，構(gòu)成一幅完整的電路原理圖。
(5)原理圖的電氣檢查。當(dāng)完成原理圖布線后，需要設(shè)置項目選項來編譯當(dāng)前項目，利用 Altium Designer 6.0 提供的錯誤檢查報告修改原理圖。
(6)編譯和調(diào)整。如果原理圖已通過電氣檢查，那么原理圖的設(shè)計就完成了。
有關(guān)PCB圖，是對原理圖的進(jìn)一步完善及調(diào)試，能夠檢查原理圖可能出現(xiàn)的問題，使得原理圖更加接近工藝需要。
其中PCB圖的生成及調(diào)試需要4步：
(1)定義組件封裝。加入網(wǎng)表后，系統(tǒng)會自動地為大多數(shù)組件提供封裝。但對于用戶自己設(shè)計的組件或是某些特殊組件必須由用戶自己定義或修改組件的封裝。
(2)生成網(wǎng)表和載入網(wǎng)表。網(wǎng)表是電路原理圖和印刷電路板設(shè)計的接口，只有將引入網(wǎng)表后，才能進(jìn)行電路板的自動布線。
(3)布線規(guī)則設(shè)置。在實際布線之前，要進(jìn)行布線規(guī)則的設(shè)置。
(4)自動布線。只要設(shè)置的布線規(guī)則正確、組件布局合理，一般Altium Designer 6.0 都可以成功完成自動布線。
在完成原理圖的設(shè)計及調(diào)試之后，就應(yīng)該熟悉電路所需元件實物及其各自功能。本例中用到的元氣器件有以下幾種：
(1)集成電路
1)雙JK觸發(fā)器CD4027：CD4027 包含了兩個相互獨立、互補(bǔ)對稱的 J-K 主從觸發(fā)器。每個觸發(fā)器分別提供了J、K、置位、復(fù)位、時鐘輸入和經(jīng)過緩沖的 Q 及 Q 輸出信號。
2)NE555定時器：555定時器是一種應(yīng)用方便的中規(guī)模集成電路, 廣泛用于信號的產(chǎn)生、變換、控制與檢測。 (2)電阻
電阻的主要職能就是阻礙電流流過，應(yīng)用于限流、分流、降壓等。本電路的電位器的作用是接NE555的引腳6，7與高電平之間，調(diào)節(jié)NE555的暫態(tài)時間。
(3)電容
電容是電子設(shè)備中大量使用的電子元件之一，廣泛應(yīng)用于電路中的隔直通交，耦合，旁路，濾波等方面。其中，電解電容正負(fù)不可接錯。
(4)二極管
二極管又稱晶體二極管,它是一種具有單向傳導(dǎo)電流的電子器件。該電路用到了1N4148，IN4001和發(fā)光二極管。
其中：<1>IN4148為開關(guān)二極管。<2>IN4001為整流二極管。<3>發(fā)光二極管簡稱為LED。
(5)三極管
半導(dǎo)體三極管是在半導(dǎo)體鍺或硅的單晶上組成一個PNP(或NPN)結(jié)構(gòu)。這三部分各有一條電極引線，分別叫基極B、發(fā)射極E和集電極C。
其中，本電路所用到的9013為NPN ，貼片起低頻放大的作用。
(6)穩(wěn)壓芯片
常見的三端穩(wěn)壓集成電路有正電壓輸出的78 �讇?系列和負(fù)電壓輸出的79�讇紫盜校?腥?躋?攀涑觶?直鶚鞘淙攵恕⒔擁囟撕褪涑齠恕?
(7)芯片插座
芯片插座的作用是便于取下部分電路維修。
熟悉了元器件之后，就要進(jìn)入工藝的核心階段，即焊接階段。
其中，電烙鐵是最常用的焊接工具。我們使用20W內(nèi)熱式電烙鐵。使用時要特別注意安全。而焊接方法決定焊接質(zhì)量，所以熟練掌握焊接方法是至關(guān)重要的。焊接方法簡述如下：
(1)右手持電烙鐵。左手用尖嘴鉗或鑷子夾持元件或?qū)Ь€。焊接前，電烙鐵要充分預(yù)熱。烙鐵頭刃面上要吃錫，即帶上一定量焊錫。
(2)將烙鐵頭刃面緊貼在焊點處。電烙鐵與水平面大約成60℃角。以便于熔化的錫從烙鐵頭上流到焊點上。烙鐵頭在焊點處停留的時間控制在2～3s。
(3)抬開烙鐵頭。左手仍持元件不動。待焊點處的錫冷卻凝固后，才可松開左手。
(4)用偏口鉗剪去多余的引線。
在焊接時，要保證每個焊點焊接牢固、接觸良好。要保證焊接質(zhì)量。好的焊點應(yīng)是錫點光亮，圓滑而無毛刺，錫量適中。錫和被焊物融合牢固。不應(yīng)有虛焊和假焊。
印刷電路確認(rèn)焊接無誤后，進(jìn)入電路調(diào)試階段，使其能夠完成一些特定功能。想要調(diào)試電路，則電路的原理要十分清楚，本文以衛(wèi)生間門控開關(guān)電路為例：
SA為常開型干簧繼電器。當(dāng)衛(wèi)生間的門關(guān)閉時SA處于閉合狀態(tài)。接通電源后，14V交流電經(jīng)降壓、整流、濾波，穩(wěn)壓，向電路提供5V的穩(wěn)定電壓。該電壓經(jīng)C4、R2構(gòu)成的微分電路，產(chǎn)生正脈沖電壓，使CD4027構(gòu)成的雙穩(wěn)態(tài)電路復(fù)位，1腳輸出低電平使三極管BG1發(fā)射極輸出低電平，三極管BG3不導(dǎo)通，照明燈(紅燈表示)不亮。同時IC2的1腳的低電平及IC1的3腳的低電平同時加到或門的二個輸入端，或門輸出低電平，三極管BG3、BG4截止，排風(fēng)扇(用綠燈表示)不轉(zhuǎn)。此時SA雖然處于閉合狀態(tài)，但I(xiàn)C2的3腳一直處于高電平，雙穩(wěn)態(tài)不能被觸發(fā)，電路處于穩(wěn)定的靜止?fàn)顟B(tài)。
當(dāng)有人使用衛(wèi)生間時，只要門拉開，磁鐵離開SA，SA恢復(fù)到常開狀態(tài)，在下拉電阻R1的作用下，IC2的3腳呈低電平。當(dāng)合上門時，SA閉合，有一高電平加到IC2的3腳，使雙穩(wěn)態(tài)電路IC2翻轉(zhuǎn)，其輸出端1腳電平由低變?yōu)楦撸珺G1的發(fā)射極輸出高電平，使三極管BG3導(dǎo)通，照明燈(紅燈)亮;同時IC1的1腳的高電平加到或門VD1的正極，BG2發(fā)射極輸出高電平，BG4導(dǎo)通，排風(fēng)扇運(yùn)行(綠燈亮)。這一穩(wěn)定狀態(tài)一直保持不變。當(dāng)使用完衛(wèi)生間時，門再次離開門框，SA又恢復(fù)到常開位置。IC2的3腳無正脈沖觸發(fā)，電路狀態(tài)保持不變。當(dāng)人離開而閉合衛(wèi)生間門時，SA閉合，IC2的3腳又受到高電平的作用，雙穩(wěn)態(tài)發(fā)生翻轉(zhuǎn)。IC2的1腳由高電平跳變到低電平，BG1發(fā)射極輸出低電平，BG3關(guān)斷，照明燈(紅燈)熄滅。IC2的1腳跳變的電平經(jīng)C3觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)IC1，其3腳輸出高電平加到或門VD2的正端，BG2仍輸出高電平。此時BG4仍導(dǎo)通，排風(fēng)扇繼續(xù)運(yùn)行(即綠燈亮)。當(dāng)延時結(jié)束時，IC1的3腳輸出低電平，此時VD1、VD2的正極為低電平，BG2發(fā)射極輸出低電平,BG4關(guān)斷，排風(fēng)扇停止運(yùn)行，電路回到初始原穩(wěn)定狀態(tài)，全過程結(jié)束。
改變某些特定的元器件的狀態(tài)就能完成電路預(yù)先設(shè)定的功能，例如，本例中通過調(diào)節(jié)與NE555的引腳6，7相連的電位器的大小，根據(jù)t=1.1RC調(diào)得排風(fēng)扇的延遲工作時間在10s左右。
隨著工藝技術(shù)的不斷改進(jìn)，使得器件的尺寸不斷縮小，從而集成度不斷提高，功耗降低，器件性能得到提高。電子工業(yè)的發(fā)展速度和技術(shù)水平，特別是電子計算機(jī)的高度發(fā)展及其在生產(chǎn)領(lǐng)域中的廣泛應(yīng)用，直接影響到工業(yè)、農(nóng)業(yè)、科學(xué)技術(shù)和國防建設(shè);當(dāng)前我國的電子技術(shù)還處于借鑒國外的階段，自主研發(fā)的成分較小，因此我國的電子技術(shù)發(fā)展需要青年人不懈努力。
參考文獻(xiàn)：
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電子工藝技術(shù)論文篇二
電子工藝設(shè)備的熱設(shè)計
摘要： 隨著電子工業(yè)的發(fā)展，電子工藝設(shè)備的應(yīng)用越來越廣泛，而可靠的熱設(shè)計是保證電子設(shè)備可靠性的重要措施，主要簡單介紹電子工藝的熱設(shè)計、熱設(shè)計的基本原則、熱量傳遞基本方式及計算。
關(guān)鍵詞： 電子工藝設(shè)備;熱設(shè)計;可靠性
中圖分類號：TP391.9文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1671-7597(2012)0110053-01
隨著電子工藝的發(fā)展，電子工藝設(shè)備利用的已經(jīng)不僅僅是電氣和機(jī)械技術(shù)的結(jié)合，而是更多的綜合應(yīng)用到聲、電、光、熱、等離子物理、計算機(jī)等多項技術(shù)。并且隨著電子工藝設(shè)備的應(yīng)用越來越廣泛，因而對其運(yùn)行的穩(wěn)定可靠性的要求也越來越高。而可靠的熱設(shè)計又是保證電子設(shè)備可靠性的重要措施。
1 電子工藝的熱設(shè)計
電子工藝的熱設(shè)計主要是指利用熱傳遞技術(shù)，降低電子設(shè)備發(fā)熱部件、元器件的溫度，使設(shè)備的內(nèi)容溫度處在正常運(yùn)行允許的范圍內(nèi)，使電子設(shè)備的抗溫度應(yīng)力能力得以提高。熱設(shè)計的主要目的就是為了控制電子工藝設(shè)備內(nèi)部所有元器件的溫度。電子工藝內(nèi)部元器件的最高安全的計算分析應(yīng)該是基于元器件的應(yīng)力，并且保證設(shè)備內(nèi)部元器件的失效率和所要求的設(shè)備可靠性的一致。通過熱設(shè)計，保證設(shè)備的安全使用、性能穩(wěn)定，避免元器件失效從而提高整個設(shè)備的無故障工作時間。減緩部件的老化、氧化、磨損等，延長整個設(shè)備的使用壽命。
通常電子設(shè)備的熱設(shè)計可以分為系統(tǒng)級熱設(shè)計、封裝級熱設(shè)計、元器件級熱設(shè)計三個層次。系統(tǒng)及熱設(shè)計主要是指對電子設(shè)備的方腔、機(jī)箱和機(jī)框等系統(tǒng)級別的熱設(shè)計;封裝級的熱設(shè)計主要是指對電子模塊、PCB級主板和散熱器等級別的熱設(shè)計;而一些組件級別的熱設(shè)計通常就被稱為是元器件熱設(shè)計。
系統(tǒng)級的熱設(shè)計主要是以電子設(shè)備所處的環(huán)境作為研究對象，如溫度、濕度、沙塵、鹽分、海拔、震動、沖擊等對其的影響。并且環(huán)境溫度也是電路板熱設(shè)計的一個重要邊界條件。
系統(tǒng)級別的熱設(shè)計則主要采用一系列的措施對環(huán)境溫度進(jìn)行控制，確保電子設(shè)備在在一個比較適宜的溫度下工作。
電子設(shè)備封裝級的熱設(shè)計在國外電子工藝比較發(fā)達(dá)的國家已經(jīng)比較完善，在有些國家電子器件封裝已經(jīng)成為了一面專業(yè)學(xué)科。電子設(shè)備封裝級的PCB電路板、電子模板熱設(shè)計、設(shè)備電路設(shè)計及結(jié)構(gòu)設(shè)計之間存在著緊密的聯(lián)系，并且通常同步進(jìn)行。其中電子設(shè)備封裝級熱設(shè)計最重要的內(nèi)容就是對PCB電路板基材的選擇，覆銅箔層壓板的種類、特性是印制電路板設(shè)計和制造工藝人員所關(guān)心的項目，覆銅板除了在強(qiáng)度、介質(zhì)系數(shù)、絕緣等方面有要求外，同時在熱性能方面有其特殊的要求。覆銅板的熱性能主要有兩個方面：
1)覆銅板的耐溫性。環(huán)氧剝離布覆銅箔層壓板有很好的化學(xué)穩(wěn)定性及電性能，其工作溫度一般介于零下230℃至260℃之間。而聚酰亞胺覆銅箔層壓板除了具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性和電性能外，還具有介電系數(shù)小和信號傳輸延遲小等方面的優(yōu)勢。
2)覆銅板的導(dǎo)熱性能。印制電路板的材料通常會采用一些導(dǎo)熱系數(shù)高且耐高溫的材料。在同等環(huán)境下，當(dāng)環(huán)氧玻璃布層壓板圖形導(dǎo)線溫度升高到40℃時，金屬芯印制電路板圖形導(dǎo)線的溫度升高低于20℃。正是由于金屬芯印制電路板具有比較好的熱性能，因而在電子設(shè)備中得到廣泛的應(yīng)用。
電子設(shè)備的各個部件主要是由塑料封裝外殼、鋁互連線、硅芯片、氧化硅絕緣膜、金屬引線框架等共同組成。這些材料的熱膨脹系數(shù)各不相同，隨著設(shè)備的運(yùn)行內(nèi)部的溫度會產(chǎn)生變化，不同材料部件的交界面會產(chǎn)生壓縮、伸拉應(yīng)力，產(chǎn)生熱應(yīng)力。電子設(shè)備的元器件級熱設(shè)計就是為了防止元器件由于溫度交變或是溫度夠高而出現(xiàn)故障。
2 熱設(shè)計的基本要求
2.1 熱設(shè)計應(yīng)該滿足設(shè)備可靠性的要求
電子設(shè)備運(yùn)行的時候其輸入的電能在元器件作用下下會轉(zhuǎn)化為熱能，散發(fā)在設(shè)備內(nèi)部，升高設(shè)備內(nèi)部溫度。溫度的升高將影響設(shè)備內(nèi)部很多元器件的性能，導(dǎo)致元器件失靈，并影響整個設(shè)備的正常使用。熱設(shè)計的最主要目的就是解決設(shè)備內(nèi)部溫度過高的問題，通過熱設(shè)計，利用相關(guān)的措施對發(fā)熱元器件進(jìn)行散熱冷卻處理，降低設(shè)備內(nèi)部溫度，保證整個設(shè)備健康可靠的運(yùn)行。要保證設(shè)備的可靠性，在熱設(shè)計的時候需要注意以下幾點：
1)元器件降額應(yīng)用對設(shè)備內(nèi)部的溫度也會有一定的要求，在熱設(shè)計時要注意滿足這一要求。一般情況下，電子工藝設(shè)備的機(jī)內(nèi)溫度最好保證在45℃～65℃之間，功率較大的設(shè)備其機(jī)內(nèi)溫度通常也應(yīng)盡量控制在50℃～70℃之間。
2)整機(jī)的散熱冷卻設(shè)計方案應(yīng)該要根據(jù)設(shè)備的功率密度大小來進(jìn)行。如果設(shè)備的功率密度大于43KW/m3時，可以用水冷卻方案;如果功率密度大于12.2kW/m3時，可以利用強(qiáng)制風(fēng)進(jìn)行冷卻;當(dāng)功率密度比12.2 kW/m3小時，一般采用自然冷卻。
3)對發(fā)熱元器件采取散熱措施時應(yīng)該盡量滿足其對熱軋的要求。通常，倘若發(fā)熱元器件對電阻要求在0.05℃/W～2℃/W之間時，可以利用軸流風(fēng)機(jī)強(qiáng)制風(fēng)冷散熱;當(dāng)對熱阻的要求在2℃/W～30℃/W時，通常使用散熱器進(jìn)行散熱;如果對電熱組的要求大于30℃/W，那么不需要任何的散熱措施。
4)機(jī)箱設(shè)計方案與設(shè)備的冷卻散熱方案要相適應(yīng)。即在設(shè)計機(jī)箱時要充分考慮其通風(fēng)散熱性能，方便冷熱空氣的對流，方便快速散發(fā)機(jī)箱內(nèi)部的熱量。
5)部件、元器件的布置應(yīng)著重注意散熱、降溫。在實際操作中通常將一些不發(fā)熱或是產(chǎn)生熱量較小的元器件安裝于機(jī)箱底部，機(jī)箱的上部安裝發(fā)熱量較大且較為耐溫的元器件，元器件與機(jī)箱之間的最好保持35mm～40mm的距離，方便空氣對流、散熱。
6)電子工藝中的某些元器件或是部件對溫度比較敏感或是有特殊的要求，這些部件應(yīng)該要盡可能的遠(yuǎn)離熱源，如果不要還可以用隔離法隔開熱源，使這些部件在結(jié)構(gòu)上分開成為獨立的兩個部分。
2.2 熱設(shè)計要滿足設(shè)備預(yù)期工作的熱環(huán)境要求
電子設(shè)備預(yù)期工作的熱環(huán)境主要包括：環(huán)境溫度、壓力和高度地極限值與變化率;陽光等周圍物體的輻射熱載荷;溫度、種類、濕度、壓力等可利用的熱沉狀況;對于有其他系統(tǒng)、設(shè)備提供冷卻劑進(jìn)行冷卻的設(shè)備來說，還需要考慮冷卻劑的溫度、種類、壓力和允許的降壓。
2.3 在熱設(shè)計時還需要考慮冷卻系統(tǒng)的限制要求
這些限制要求主要包括：對冷卻系統(tǒng)的安裝條件、體積、重量、密封等結(jié)構(gòu)限制;限制冷卻設(shè)備的振動、噪音;限制供冷系統(tǒng)所使用的電源，主要是限制其采用交流還是直流，還有電源;對強(qiáng)迫空氣冷卻設(shè)備的空氣出口溫度的限制。
3 傳熱的基本原則和計算方法
電子工藝設(shè)備的所需的輸入功率往往比有效輸出功率要大得多，這些多余的功率會在運(yùn)行中轉(zhuǎn)化成為熱能被散發(fā)出去。隨著電子工藝技術(shù)的不斷進(jìn)步，電子設(shè)備和元器件的體積越來越小，使設(shè)備的體積功率密度增加了。因此需要配置相應(yīng)的冷卻系統(tǒng)，在熱源與外部環(huán)境之間提供一條低熱阻通路，保證傳熱順利進(jìn)行。在傳熱中熱量總是從溫度較高的一端傳向溫度較低的一端的，并且高溫端散發(fā)的熱量總是等于低溫端吸收的熱量。熱傳遞的過程可以分為兩種：不穩(wěn)定過程和穩(wěn)定過程。不穩(wěn)定過程即是在熱傳遞過程中設(shè)備各點的溫度會隨著時間變化而變化;穩(wěn)定過程是指熱傳遞過程中設(shè)備各點的溫度穩(wěn)定不變。
φ=KAΔt即是傳熱的基本計算公式，在這個式中φ是熱流量;K為總傳熱系數(shù);A是設(shè)備傳熱面積;Δt表示低溫端與高溫端的溫度差異。
導(dǎo)熱、對流和輻射是熱量傳遞的三種主要方式。這三種方式可以單獨作用，也有可能后兩種共同作用。
3.1 導(dǎo)熱
在電子設(shè)備中由一些傳導(dǎo)系數(shù)較大的材料成為導(dǎo)體，產(chǎn)生的熱量通過導(dǎo)體進(jìn)行傳遞。導(dǎo)熱在氣體、固體或是液體中都可以進(jìn)行。氣體分子的不規(guī)則運(yùn)動時相互間的碰撞完成了氣體導(dǎo)熱工作。而固體導(dǎo)熱可以分為兩種，導(dǎo)電性固定和非導(dǎo)電性固定導(dǎo)熱，導(dǎo)電性固體主要是借助自由電子運(yùn)動來進(jìn)行導(dǎo)熱的，而非導(dǎo)電性固體的導(dǎo)熱則主要是通過晶格結(jié)構(gòu)的振動實現(xiàn)的。液體導(dǎo)熱主要是通過彈性波的作用完成。
在導(dǎo)熱中，單位時間內(nèi)通過固定截面的熱量與該界面垂直方向上的溫度變化率和截面面積成正比例關(guān)系，而熱量傳遞的方向與溫度升高的方向總是相反的，這即是傅里葉定律。其計算公式為：Φ=-λA(dt/dx)
式中的Φ表示熱流量;負(fù)號表示熱傳遞方向和溫度梯度的方向相反;λ表示導(dǎo)熱系數(shù);A是傳熱面積，而dt/dx則表示x方向的溫度變化率。
3.2 對流
對流主要發(fā)生于流體中，是由流體各部分之間相對位移過程中產(chǎn)生的熱傳遞。并且對流過程中必然會伴隨導(dǎo)熱現(xiàn)象。對流可以分為兩種：自然對流和強(qiáng)迫對流。
自然對流主要是由流體冷熱各部分不同的密度引起的;強(qiáng)迫對流是指由由泵、風(fēng)機(jī)等外力運(yùn)動引起的對流。
對流換熱可用牛頓冷卻公式計算：φ= hcA(tw-tg)
在這個公式中hc表示的是對流換熱系數(shù)，A表示傳熱面積，tw是熱表面溫度，tg表示的是冷卻流體溫度。
3.3 輻射
物體以電磁波的形式傳遞熱量的過程被稱為熱輻射。熱輻射可以在真空中傳遞并且還可以將輻射能轉(zhuǎn)換成熱能或是能夠?qū)崮苻D(zhuǎn)換為輻射能。
物體輻射能的計算公式為：φ=εAσOT4
在這個公式中，ε表示的是物體的黑度，A是為輻射表面積，σO是斯蒂芬-波爾茲常數(shù)通常用5.67×10-8W/9(m2·K4)表示，T是物體表面熱力學(xué)溫度。
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