一般的にリバースエンジニアリング（テアダウン）とは、既存の製品を解体・分解して、製品の仕組みや構成部品 、技術要素などを分析する手法のことを言います。この手法により、その製品に使用されている技術を分析、調査、確認することを可能とし、新製品の開発などに役立てることができるものです。

この分野でWTI にご要望いただいているお客様は、⾃動⾞・医療・⻭科・ヘルスケア・産業機器・⺠⽣機器と多岐にわたっております。（リバースエンジニアリングplusの事例はこちら）

WTIのリバースエンジニアリング Plus（テアダウン）受託サービスの特長は２つあります。

1. 「解析技術」と「回路技術」の双方を保有している会社ですので、分解して解析するところで終わることなく、設計/開発会社としての知見を生かした受託サービスをご提供できます。
   このことにより、世の中にある製品や開発品、試作品を解析して機能を推定し、お客様のご要望をくみ取った形で、新規設計や原理検証等、製品設計に近い領域のご提案まで行える国内でも珍しい設計/開発会社です。
2. 会社設立以来、日本を代表する多くの大手企業様から、様々な技術分野の設計/開発を受託してきた経験から、高度な技術を豊富に保有しています。他社では難しいとされる製品にも対応させていただいております。

これらの特長から、WTIは以下のようなお客様のご要望に広くお応えしてきております。

1. 市場で既に流通している製品から、新製品開発のためのアイデアを得たい。
2. 市販品の技術トレンドを調べ、性能改善やコストダウンした製品を開発したい。
3. 競合他社が、自分たちの技術を真似していないか、特許侵害していないかを知りたい。
4. 自社の製品に改良を加えなければならないが、設計情報が残ってない。なんとか回路図を復元したい。
5. 搭載部品が廃番（ディスコン/生産中止）になり、改良設計をしなければならなくなった。自社に回路図が残っていないため、リバースエンジニアリングで回路図を再現し、そこから元のプリント基板までも再現して欲しい。

上記以外にも、WTIは設計開発会社であることを生かして、お客様の様々なご事情に応じた幅広いリバースエンジニアリング（テアダウン）受託サービスをご提供いたします。また、部分的な工程を請け負うことももちろん可能です。

リバースエンジニアリングplusの事例はこちら

 

Wave Technology（WTI）では次のような受託サービスをご提供いたします。

回路基板の精密研磨による全配線層の撮影、回路トレース、回路図作成、ブロック図作成 実装部品の取り外し、電気測定、データシートの調査、部品表(BOMリスト)の作成 非破壊/破壊解析による構造調査 実装モジュールの分解調査 新規設計、原理検証のご提案 その他ご要望に応じて解析内容をご提案させて頂きます。 キーワード ディスコン・EOL・代替検討・生産中止、リバースエンジニアリング、リバース解析 テアダウン他社品解析、先行技術調査、回路解析等の受託サービス

サンプル資料
詳細資料をご希望の方はこちら
【当ページ関連の資料タイトル】
●「リバースエンジニアリングサービス紹介」
その他お問い合わせはこちら

リバースエンジニアリング（テアダウン）受託サービス　サンプル資料

外観
搭載部品ナンバリング
搭載部品取り外し
研磨後の各レイヤー
搭載部品リストの一部
回路図
その他解析イメージ

 

＜外観＞

TOP	BOTTOM

＜搭載部品ナンバリング＞

TOP	BOTTOM

 

＜搭載部品取り外し＞

TOP	BOTTOM

 

＜研磨後の各レイヤー＞

第1層	第2層
第3層	第4層
第5層	第6層

 

＜搭載部品リストの一部＞

種類	詳細	小計	合計
抵抗	チップ抵抗	353	379
	金属皮膜	26
コンデンサ	アルミ電解コンデンサ	9	193
	タンタルコンデンサ	4
	チップセラミックコンデンサ	180
コイル	コアコイル	1	8
	チップ型コイル	8
ホトリレー		16	16
水晶振動子		1	1
ダイオード	PNダイオード	32	78
	ツェナーダイオード	42
	Rectifier	4
トランジスタ	バイポーラ	22	26
	MOS	3
	IGBT	1
IC	マイコン	1	27
	その他	26
コネクタ	外部接続用コネクタ	4	4

IC
番号　IC	マーキング	型番等	機能
101	5030-EJA 2CE G1409	Infineon BTS5030-1EJA	Smart High-Side Power Switch
102	LTBVW 4C50 e3	LINEAR TECHNOLOGY LT3481	36V、2A、2.8MHZ Step-Down Switching Regulator with 50μA Quiescent Current
103	TJA1042 G7 04 D423	NXP TJA1042	High-speed CAN transceiver with Standby mode
104	TJA1042 G7 04 D423	NXP TJA1042P	High-speed CAN transceiver with Standby mode
105	F JAPAN B91F592BS 419 Z73 SS E1	SPANSION MB91590　シリーズ F592BS	32ビット・マイクロコントローラ FRファミリ FR81S

 

抵抗
番号　R	種類	サイズ	マーキング	測定値[Ω]
51	チップ抵抗	1608	101	100
52	チップ抵抗	3216	473	47k
53	チップ抵抗	1005	無	1k
54	チップ抵抗	1608	0	0
55	チップ抵抗	2012	472	4.7k

 

コンデンサ
番号　C	種類	サイズ	マーキング	測定値[F]
101	アルミ電解	日本ケミコン 4ME	470 25V	470μ
102	アルミ電解	日本ケミコン 4FY	1500 6.3V	1500μ
103	チップコンデンサ	1005	無	48n
104	チップコンデンサ	2012	無	1n
105	チップコンデンサ	1608	無	98n

 

＜回路図＞

 

＜その他解析イメージ＞

X線解析	パターン計測	断面解析
電気的特性評価	観察	機器分解・加工

　 　

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 WTIの技術、設備、設計/開発会社の使い方、採用関連など、幅広い内容を動画で解説しています。

加熱・冷却工程で生じる積層板の熱反り挙動（熱応力）を解析するエクセルベースの計算ツールです。

【ツールの特徴】

異なる材料で構成された積層構造体（基板、半導体、等）は、各材料の物性値の差により、温度変化で熱膨張・収縮によって反りが発生し、各材料に熱応力が発生します。本ツールでは、温度変化で、各層にどれ位の応力が発生するのか、またどれくらい反りが発生するのかを、簡易計算します。

• 各材料の物性値にガラス転移温度T_gや線膨張係数（α₁、α₂）を入力することで温度依存のある構造体も計算が可能です。
• 3層以下の場合も、データは4層に分割して入力することで計算できます。

■入力データ

■出力結果

【以下のような場合などに便利です】

1. 応力シミュレータを使用すると時間がかかるため、素早く簡易的に状況を把握しておきたい。
2. 試作品の反りで問題が発生しているため、各材料の厚みによる影響を確認したい。
3. 自社のシミュレーション技術者が他業務で多忙のため、なかなか計算結果がもらえない。まずは各パラメータによるアタリをつけておきたい。

 

【簡易熱反り計算ツールの⼊⼿について】

本ツールは以下の価格でご提供させていただいております。

価格29,800 円（税別）

ツールお申し込みからご購⼊までの流れは次のとおりです。

1. お申し込みページから必要事項やアンケートにご回答いただきます。
2. ご回答いただいたメールアドレス宛に弊社営業担当から「お振込のご案内」メールをご連絡いたします。
   万が一弊社からの「お振込のご案内」メールが届かない場合は、お⼿数をおかけしますがお問い合わせフォームまたはお電話にてお問合せください。
3. ご⼊⾦を確認した後、通常3 営業⽇以内にツールをメールで送付いたします。

※ 法⼈のお客様限定とさせていただきます。
※ 反社会的勢⼒に該当する⽅からのお申込みはお断りいたします。

以下の申込ページからお申し込みください。
（クリックしていただいても、申し込みはまだ完了となりません。）

【動作環境】
Microsoft Excel が必要となります。（Excel 2016 で動作確認済、その他のバージョンは未確認）

 

サイト内リンク

・熱流体解析を用いた放熱対策
・高精度な温度測定（半導体パッケージの熱抵抗測定技術）

・WTIブログもご覧ください
製品の熱マージンがもうない！正しく予測するには半導体を知る必要がある
2017年度インターンシップの受入を終えて
温度変化で発生する熱応力は、想像以上に大きい

・社長ブログ（シミュレーション関連）
1DAYインターンシップ やってま～す♪
「熱反り計算ツール」のお問合せが増えています
微細化・高密度化が進むプリント基板、信頼性をどう担保するか？

・温度サイクル試験の寿命予測・改善
・落下・衝撃の問題対策
・製造・搬送を想定したときの筐体の強度検証・対策
・高速伝送基板設計サービスの概要

・構造・応力解析に戻る

※※　お役立ち情報のご請求はこちら　※※
【当ページ関連の資料タイトル】
●「半導体パッケージの熱抵抗測定技術」
●「応力シミュレーション事例

 

 WTIの技術、設備、設計/開発会社の使い方、採用関連など、幅広い内容を動画で解説しています。

■基板層数低減を実現します

• パッケージのピン配置の入れ替え
• 部品配置の最適化
• 配線の引き出し方、ビアの打ち方などの考慮

などの対策により、層数低減をご提案し、お客様の原価低減に貢献いたします。

基板層数低減の実績（例） ◆カーナビ ：8層ビルドアップ ⇒6層貫通基板に ◆映像(TV)カメラ ：10層IVH ⇒8層貫通基板に
	→

 

■最適なピン配置をご提案します 不要な配線やビアの引き出し方を考慮することで電源プレーンの安定化を図ります。 お客様のメリット

• 配線・実装面積縮小
• 安価な基板
• 基板層数低減

悪いピン配置の例		最適ピン配置の例
	→
電源・GNDプレーン に連続穴があく		無駄なビアが減り、ボード伝送特性、 給電性能が向上する

 

→

   WTIの技術、設備、設計/開発会社の使い方、採用関連など、幅広い内容を動画で解説しています。

荷重による局所的な応力集中は、変形・破断等の重大な問題を発生する場合があります。 リスク対策として、事前の強度検証が必要です。

製品の輸送・荷重における筐体の強度に懸念はありませんか？

輸送時・荷重時に局所的な応力集中が発生し、フレームの変形等が発生する場合があります。 シミュレーションで事前に強度検証および対策案の提案を行います。

↓

製品の取り付け状態（ねじ止め時の筐体の変形等）をふまえた解析で、 要因を分析して対策案の提案をさせていただきます。 （追加試作・評価で発生する100万円単位のロスコストを低減）
＜Wave Technology（WTI）の特徴＞ シミュレーションだけでなく、筐体設計、基板設計等の専門エンジニアによる豊富な知見から改善に向けた提案をさせていただきます。

 

・その他のシミュレーションサービス ・機構・筐体の設計（防水、小型化） ・構造・応力解析に戻る ・WTIブログもご覧ください 製品の熱マージンがもうない！正しく予測するには半導体を知る必要がある 2017年度インターンシップの受入を終えて 温度変化で発生する熱応力は、想像以上に大きい ・社長ブログ（シミュレーション関連） 1DAYインターンシップ やってま～す♪ 「熱反り計算ツール」のお問合せが増えています 微細化・高密度化が進むプリント基板、信頼性をどう担保するか？ ※※　お役立ち情報のご請求はこちら　※※ 【当ページ関連の資料タイトル】 ●「半導体パッケージの熱抵抗測定技術」 ●「応力シミュレーション事例    WTIの技術、設備、設計/開発会社の使い方、採用関連など、幅広い内容を動画で解説しています。

複雑な構造の製品において落下衝撃に対する対策は、経験による対応が難しくなっています。 WTIではシミュレーションで構造的な課題を抽出し、コスト・組立性等を考慮した対策案をご提案します。

落下・衝撃の問題で対策に追われていませんか？

落下衝撃で半導体部品のはんだクラックや配線切れが 発生するような応力の集中に対して、効果的な対策案を 検討したい。

↓

パッケージ構造を考慮したシミュレーションで落下・衝撃時の 信頼性の最適化に向けた改善案を提案させていただきます。 （追加試作・評価で発生する100万円単位のロスコストを低減）落下・衝撃に関する問題を検討する際は、一度ご相談ください。
＜Wave Technology（WTI）の特徴＞ 半導体ベンダと協力関係にある実績より、パッケージ構造を熟知しており、シミュレーションと実測との整合性に活かしています。 シミュレーション、実装、評価、機構（筐体）設計の専門エンジニアによる豊富な知見から信頼性の最適化に向けた提案をさせていただきます。

 

・その他のシミュレーションサービス ・機構・筐体の設計（防水、小型化） ・構造・応力解析に戻る ・WTIブログもご覧ください 製品の熱マージンがもうない！正しく予測するには半導体を知る必要がある 2017年度インターンシップの受入を終えて 温度変化で発生する熱応力は、想像以上に大きい ・社長ブログ（シミュレーション関連） 1DAYインターンシップ やってま～す♪ 「熱反り計算ツール」のお問合せが増えています 微細化・高密度化が進むプリント基板、信頼性をどう担保するか？ ※※　お役立ち情報のご請求はこちら　※※ 【当ページ関連の資料タイトル】 ●「半導体パッケージの熱抵抗測定技術」 ●「応力シミュレーション事例    WTIの技術、設備、設計/開発会社の使い方、採用関連など、幅広い内容を動画で解説しています。

【目次】

• 電子機器の信頼性確保
• 熱疲労による破壊モード
• 温度サイクル試験
• 温度サイクル試験の寿命予測
• まとめ（温度サイクル試験の信頼性確保に向けて）
• シミュレーション活用が初めてのお客様へ

製品の温度サイクル試験の問題で対策に追われていませんか？ パッケージ構造を考慮したシミュレーション結果のご提供により、温度サイクル試験の寿命を改善し、不要な評価のコスト削減や寿命改善に向けた対策をサポートします。

 

電子機器の信頼性確保

電子機器の市場動向は小型化・高密度化を求めており、その一方で信頼性(寿命，温度領域等)には、高いスペックを求められるケースが急増しています。車両用電子機器や屋外設置用機器は、夏の炎天下から寒冷地までさまざまな温度条件への適合性が求められます。また、屋内機器であっても、低温環境から高温環境まで機器の設置環境ごとの温度条件への適合性が求められます。そのため、厳しい温度変化に対する長期的な信頼性の確保が更に重要となってきています。

 

熱疲労による破壊モード

実使用環境下におけるはんだ接合部の問題の一つが、熱に基因する熱疲労破壊です。電子部品と基板は多くの場合、線膨張係数が異なるため、電子部品の自己発熱や外部からの輻射熱などによる温度変化が発生すると部材間に熱膨張差が生じ、構造強度上最も弱いはんだ接合部周辺に応力が集中します。この温度変化の繰り返しによって、はんだ接合部や配線パターンに熱疲労によるクラックが発生し、最終的に破断・断線に至ります。

電子機器内の基板には、大小さまざまな電子部品や半導体デバイスが実装されています。その中で電子機器の高性能化（小型化）に向けて、使用する電子部品は変化していきますが、新しい電子部品に対する設計ルールがない場合があります。

BGA（Ball Grid Array） やCSP（Chip Size Package）などのパッケージは、QFP（Quad Flat Package）などの従来のパッケージに比べると、リード部による応力緩和が期待できないため、パッケージと実装する基板との熱膨張差の影響が大きくなり、信頼性の確保が難しいパッケージ構造となります。

 

温度サイクル試験

電子機器におけるはんだ接合部の熱疲労破壊を対象とした寿命評価・予測は重要であり、製品開発では長期的な信頼性を確認するために加速試験（温度サイクル試験※）を実施しています。

※半導体デバイスの環境及び耐久性試験方法
JEITA ED-4701/100A（試験方法105A 温度サイクル試験）

しかし、温度サイクル試験は、結果を得るには数週間～数ヶ月の期間を要します。また、現在の電子機器は構造が複雑、かつ電子部品が密集して基板に実装されているため、温度サイクル試験だけでは不良が発生しても、その要因・対策が分かりません。そのため、製品開発では設計・試作・試験を繰り返し、結果として製品開発期間が長くなり、開発コストが高くなる場合があります。

 

温度サイクル試験の寿命予測

温度サイクル試験におけるはんだ接合部の寿命予測はひずみ振幅を考慮した（1）（2）式で示す修正コフィン・マンソン（Modified Coffin-Manson）則が一般的に知られており、シミュレーションでひずみ振幅を計算して、寿命を予測します。

CSP及びBGAパッケージの実装状態でのはんだ接合部の耐久試験方法
　JEITA ET-7407B（附属書A　はんだ接合部の温度サイクル試験の加速性について）

(2)式より、市場条件と試験条件の加速係数Afを求めると、(3)式となる。

 

まとめ（温度サイクル試験の信頼性確保に向けて）

ここまでご説明してきましたように、電子機器の温度変化に対する長期信頼性の確保が重要となる中、新しい構造の電子部品や半導体デバイスを採用する場合は、設計ルールを新たに設定するかどうかを実設計作業前に判定する必要があります。この判定を省略すると、設計後に信頼性上の問題が発覚し、設計の手戻りが発生する可能性が高まり、結果的に製品開発期間の長期化と開発コストの増加を招く恐れがあります。

そこで、新しい構造の部品採用に対しては、以下の手順を踏むことが強く推奨されます。

１．温度サイクル試験を実施する。（製品レベルではなく、事前検証サンプルで実施）

２．温度サイクル試験の結果から実製品の寿命予測、及び、長寿命化に向けた分析・対策を検討する。（１．のみの実施では対策の知見が得られず、実製品の開発にフィードバックができなくなります。）

WTIでは、長年にわたる半導体ベンダやセットメーカ（車載機器、モバイル機器、屋外設置機器、等）との協業実績から、半導体部品の内部構造の知見だけでなく、様々な使用環境に対応したシミュレーションのノウハウがあります。また、温度サイクル試験サンプルの分析（破断箇所の特定、断面研磨確認、等）を行い、シミュレーションへフィードバックして寿命予測の精度向上に努めています。これら蓄積データに基づき、経験豊富な専門スタッフが、お客様の課題解決に向けたご提案をさせていただきます。

X線による水平構造の調査　　　　　　　断面研磨による縦構造の調査
半導体部品の内部構造をシミュレーションモデルへ反映

 

シミュレーション活用が初めてのお客様へ

シミュレーション活用が初めてのお客様からは「シミュレーションの依頼に何が必要ですか？」、「どのような結果を得られますか？」といったご質問をいただきます。WTIではお客様にご安心いただけるように、ご相談いただいた際にインプットからアウトプットまでのイメージをお客様と共有するようにしています。それからご依頼をお受けいたしますので、まずはお気軽にご相談下さい。（ご相談は無料です）

※シミュレーション以外でも、評価環境の改善やデータ解析の自動化、等のご相談にも対応いたします。

・その他のシミュレーションサービス
・機構・筐体の設計（防水、小型化）
・カスタム計測・受託評価

・構造・応力解析に戻る

・WTIブログもご覧ください
製品の熱マージンがもうない！正しく予測するには半導体を知る必要がある
2017年度インターンシップの受入を終えて
温度変化で発生する熱応力は、想像以上に大きい

・社長ブログ（シミュレーション関連）
1DAYインターンシップ やってま～す♪
「熱反り計算ツール」のお問合せが増えています
微細化・高密度化が進むプリント基板、信頼性をどう担保するか？

※※　お役立ち情報のご請求はこちら　※※
【当ページ関連の資料タイトル】
●「半導体パッケージの熱抵抗測定技術」
●「応力シミュレーション事例

 

 WTIの技術、設備、設計/開発会社の使い方、採用関連など、幅広い内容を動画で解説しています。

■目次

• イントロダクション
• ダイオードのI-Vカーブはどんな意味を持っているか？
• 直列抵抗成分をもう少し詳しく解説すると
• 単純TEGモデルにおいても考えるべき事は多い・・・
• TEG測定での落とし穴
• 製品環境でのパッケージ熱抵抗測定技術
• 従来一般的に行なわれてきている手法
• 従来手法の問題点
• ダイオードと寄生回路が混在した状態した場合、どのような動作になるか？
• 弊社が考案した手法の実例紹介
• 弊社考案方法の方向性
• 具体例紹介　・・・　SH2マイコンを使った確認事例
• 製品動作時発熱エリアを考慮した熱抵抗はどうなるのか？
• 熱抵抗検査装置ご紹介

 

イントロダクション

半導体の熱抵抗を正しく測定できていますか？

ダイオード

測定用素子として良く利用されるダイオード（PN接合）の特性を理解しないと、正しく測定できない場合があります。

 

ダイオードのI-Vカーブはどんな意味を持っているか？

●ダイオードのI-Vカーブは指数特性で表現される

ダイオード（PN接合）のI-V特性	■ショックレーのダイオード方程式 I=Is〔exp(qV/nK T）-1〕 ≒ I=Is〔exp（qV /nK T）〕
	Is：飽和電流 T：温度[K] Q：電荷素量（1.602E-19） N：ideality Factor K：ボルツマン定数（1.38E-23）

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　具体的にはどういうこと？

電流側（Y軸）を対数で見ると・・・

⇒この関係が正しいのであれば、 　 　　　熱抵抗取得時の電流・電圧条件は選び易い。

しかし実際は・・・

 

＜実際に測定条件を決める場合＞ «  直列抵抗成分の影響を極力受けない電流条件を選択する。«（C）の拡散電流についても考慮必要だが、現実的な電流設定範囲より十分低い電流範囲となるため、検討上は除外しても影響はない。

 

直列抵抗成分をもう少し詳しく解説すると

 

		直列抵抗成分も含めた ｋファクタ（温度特性） だから問題ないのでは？
→：本来の温度ドリフトイメージ	→：直列抵抗成分が含まれる場合

・・・実際には、問題となるケースが多い 熱抵抗測定時に、直列抵抗成分の要因部分と純粋なダイオード部分が 均一の温度上昇すれば問題ないが、実際にはそうでないケースが多い。

この条件を考慮しなかったら・・・

熱抵抗測定用TEGを用いた測定結果差   熱抵抗　θja A社　測定結果 169.1℃/W 弊社 測定結果 117.4℃/W     ↓　⊿ 52℃/W 参考）シミュレーション結果：　116.7℃/W

測定電流の妥当性考慮が大きく結果に影響を及ぼす。

測定差異の要因を分析すると・・・

Kファクター取得時	熱抵抗取得時

 

直列抵抗成分がクセモノ！ ⇒Kファクター取得時は、測定対象全てが均一温度 ⇒熱抵抗取得時は、直列抵抗のドリフト成分が軽減される

 

単純TEGモデルにおいても考えるべき事は多い・・・

 

＜TEG測定の課題１＞ Diは本当に純粋なダイオードの特性を示すか？ 　 ⇒半導体の電位固定用構造が用意されていない＜TEG測定の課題2＞ 　 R HeatとDiの温度は同じか？ ⇒熱的距離は結果に意外に影響する

 

熱特性を把握するには、今まで解説してきた測定電流値のみではなく考慮すべき事項が多々存在する。 　『寄生回路』 　　⇒半導体内の回路構造（島分離構造）を把握する必要がある。 　『発熱源と温度検出用素子の位置関係』 ⇒シミュレーションとの整合で精度を上げていくことを推奨する。

 

TEG測定での落とし穴

 

Point1 ： 温度検知用素子への電流値条件 　　　　　  ⇒ 直列抵抗成分の影響を極力排除した条件設定が必要

Point2 ： 寄生回路の影響 　　　　　  ⇒ TEGの接続条件によっては、デバイス構造に起因した 　　　 　　　   寄生回路が構成され、測定結果に大きく影響する。

Point3 ： 熱源・温度検知素子 　　　　　  ⇒ 熱源と温度検知用素子の位置関係によっては、正しい 　　　 　　　   熱源温度をモニターできていない可能性がある。

⇒上記Pointが考慮されないと
　 熱抵抗を測定するためのTEGを使っても正しい熱抵抗が測定できない！

 

製品環境でのパッケージ熱抵抗測定技術

製品環境でのパッケージ熱抵抗を正しく求めるためには、実デバイスを使った熱抵抗解析を
高精度に評価する技術が必要となります。

＜実デバイスの熱特性評価＞ l  従来一般的に行なわれてきている手法 l  その問題点 l  弊社が考案した手法の実例紹介

 

従来一般的に行なわれてきている手法

『電源・GND逆接により構成される寄生Diを用いた発熱と温度検知』

インバータ回路の電源・グラウンドを逆接した場合のイメージ図

 

半導体内には、このようにPN特性を抽出できる部位が無数に存在している

 

従来手法の問題点

『実際には純粋なPNのダイオード特性のみではなく、寄生回路も同時に動作する』

インバータ回路内での寄生回路動作の一例

 

ダイオードと寄生回路が混在した状態した場合、どのような動作になるか？

 

マイコンのVCC-GND間を逆接続状態にし、 PN接合順方向動作（させたつもり）時の マイコンチップ表面温度分布	チップ面全体を均一に発熱させたいが、 　温度ムラが見られる。　『なぜか？』　＜原因１＞ 　 ダイオードと寄生回路素子の並列回路が 　 動作するため、チップ面内で動作が不均一 　 になり、電流集中が発生する場所が出来る。 　＜原因２＞ 　 ダイオードは温度上昇と共にVF電圧 　 がNegative方向にドリフトするため 　　Vf低下⇒電流集中⇒Vf低下⇒電流集中 　 ホットスポット化が進む。 　＜原因３＞ 　 Chip全体を発熱させる電流が必要となる。 　 高い電流を流せば、W/BパッドやWireで 　 ジュール熱の影響が出る。

 

弊社が考案した手法の実例紹介

VCC系端子のクランプ特性を用いた局所発熱

 

VCC系端子に高電圧を印加すると、PN接合部が逆バイアス状態となり、 一定電圧を超えると、ブレイクダウンする（アバランシェブレークダウン）。　　　⇒　この現象を活用した実例を紹介

 

弊社考案方法の方向性

★従来手法の問題点を解決したい

＜既存手法の問題点＞ 　 ⇒ チップ全体でなくても、動作エリアを確実に把握できる発熱源を使いたい 　 ⇒ 印加電流を押さえ、ジュール熱の影響を受けないよう電力供給を行いたい ＜解決策＞ 　 高耐圧のエリアをクランプさせ低電流・高電圧で発熱させる 　 AVCCは高耐圧クランプが期待できる（10V以上の耐圧が望ましい）

★クランプ耐圧を使う場合の測定上の効果

クランプ発熱時、耐圧が温度と共にPositive側にシフトする。 この特性により、該当領域の温度を均一に保つことができる。⇒耐圧の低い部分に電流が流れ、温度を上昇させる。 　温度上昇により耐圧がPositive側にドリフトするので 　結果的に該当領域全体が均一耐圧及び均一温度に 　自動的にコントロールされる。

★製品発熱ブロックでの熱抵抗が求まるか？

仮にAVCCのような端子を選択した場合、動作エリアはアナログブロック に限定できるが、肝心のパッケージ熱抵抗算出にあたっては問題に ならないか！ 　　　・・・・・熱抵抗測定で用いたブロックと製品発熱ブロックの違い

 

熱シミュレーション技術とコラボレートすることで、解決できる！

 

具体例紹介　・・・　SH2マイコンを使った確認事例

 

赤枠領域はアナログブロック領域に相当する。 AVCCに電流を供給し電圧クランプさせると、アナログ領域が均一に発熱する。 また、 GND⇔VCCの順バイアス時に比べ、パッド及びワイヤ部ジュール発熱の 影響が殆ど見られない。アナログ領域に存在するI/Oを使えば、I/OのESD保護Diを何れか1素子任意に 選択し、該当領域の温度を正確に知ることができる。

熱シミュレーションを行なってみたところ・・

	実測　：θja =　55.1℃/W Sim　：θja =　53.2℃/W  -3％程度の誤差に収まる。
	従来手法の一例では、+188％程度の差 （実測が低すぎる） が確認された。従来手法による熱特性の取得結果は、 技術的に解析できない手法である。 そのため、熱設計の指標値として扱う には難がある。

 

製品動作時発熱エリアを考慮した熱抵抗はどうなるのか？

 

局所発熱モデルにおいて実測と熱シミュレーションの 整合モデルが作成出来ていれば、任意発熱時の 熱抵抗がシミュレーションで解ける。

更に、本技術を使えば

製品環境で熱抵抗を高精度に検証することが可能。

 

熱抵抗検査装置ご紹介

弊社では、実測～シミュレーションまでの一貫した受託サービスと合わせ、
熱抵抗検査装置を独自設計できる技術を保有しております。

システム紹介
	＜システムの詳細仕様＞ 　・最大10chでの並列測定が可能 　・定電流、定電圧、定電力の3モードに対応 ⇒2端子制御の制約内で定電力コントロールが可能 　・定電流、定電圧、定電力の3モードにおいて PWMによる発熱動作が可能 　・定常/過渡の両方に自動測定対応可能（過渡は条件付き） 　・全波形情報を自動保存し、Viewer機能で集録可能 　・新しいJEDEC規格である“JESD51-14”に対しても、 検査装置自体は標準対応（冷却過程での測定） 　★今回提案の新方式にも全ch対応可能 　市場のあらゆるニーズにご対応します。 　事例は弊社開発専用装置であり、ご要望に応じ最適仕様 　のシステム提案が可能です。

 

・イントロダクション
・ダイオードのI-Vカーブはどんな意味を持っているか？
・直列抵抗成分をもう少し詳しく解説すると
・単純TEGモデルにおいても考えるべき事は多い・・・
・TEG測定での落とし穴
・製品環境でのパッケージ熱抵抗測定技術
・従来一般的に行なわれてきている手法
・従来手法の問題点
・ダイオードと寄生回路が混在した状態した場合、どのような動作になるか？
・弊社が考案した手法の実例紹介
・弊社考案方法の方向性
・具体例紹介・・・　SH2マイコンを使った確認事例
・製品動作時発熱エリアを考慮した熱抵抗はどうなるのか？
・熱抵抗検査装置ご紹介
・熱流体解析を用いた放熱対策
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●「半導体パッケージの熱抵抗測定技術」
●「応力シミュレーション事例

 

 WTIの技術、設備、設計/開発会社の使い方、採用関連など、幅広い内容を動画で解説しています。

箱物筐体製品の放熱対策を行う際、筐体壁から外気へ熱輸送させる対策が大半です。
このような、筐体を使った放熱対策を熱輸送の３要素から簡単に説明します。

＜熱輸送の３要素＞

• 対流熱伝達
  • 熱を帯びた分子の移動による熱移動
• 放射（輻射）
  • 電磁波による熱移動
• 熱伝導
  • 物質内の格子振動・自由電子による熱移動

■目次

• 説明に使用するモデル仕様
• 対流熱伝達による放熱効果
• 対流熱伝達による放熱効果のまとめ
• 放射による放熱効果
• 熱伝導による放熱効果
• 熱伝導の盲点
• 放熱対策に多大な費用をかけていませんか？
• 発熱部品の厳密モデルを作るには
• 発熱部品を高精度に分析する熱測定技術

 

説明に使用するモデル仕様

部材	材料	熱伝導率（W/mK）	放射率	発熱量（W）
筐体	アルミダイキャスト	121	0.03	-
FIN	アルミダイキャスト	121	0.03	-
IC配置台	アルミダイキャスト	121	0.03	-
IC	Resin	1	0.9	20

 

対流熱伝達による放熱効果

プレートFINを設計する場合、FIN枚数を何枚に設定すべきか迷うと思います。

	★FIN枚数は、適正な枚数（最適解）があります。 ★対流熱伝達の効果を最大限生かす放熱設計 　 を行いましょう。

FINの羽枚数は、 　※ 少なすぎるとFIN表面から外気へ熱輸送する面積が低下するため、効果が下がります。 　※ また、多すぎるとFIN間に十分な風が流れず効果が下がります。 つまり、FINは放熱効果のピークを持つ放熱部材です。

＜下記は、今回のモデルの検証結果です＞
FINを8枚～30枚まで2枚間隔で解析した結果です。

 

対流熱伝達による放熱効果のまとめ

 

	FIN枚数8枚	FIN枚数18枚	FIN枚数30枚
	FINの表面積が少ない	最適領域	FIN間に風が流れにくい領域
風 速 分 布 図
考 察	風速は十分であるが、外気に 触れるFINの表面積が少なく 放熱効果が下がる。	風速、FINの表面積ともに適切 なサイズであるため、放熱効果 が最大となる。	FINの表面積は十分であるが、 必要な風速が得られていない ため、放熱効果が下がる。

更に、製品の外形・材料・発熱部材の位置など、マイナーチェンジの製品開発には 再度FINの最適解を求めなくても対応可能と考えます。

 

グラフの見方を変えれば

最適なFINピッチが求まります

 

放射による放熱効果

放射による放熱は、見落としがちな熱輸送です。
金属筐体・密閉製品には放射による放熱は有効な手段です。

＜アルミダイキャスト＞ 同じアルミダイキャストでも、表面状態によって下記通り、放射率が異なります。

また、放射量は下記式の通り物体表面温度の４乗で増加するため、物体表面温度（空間温度も含む）が上昇すれば
指数的に放熱量が上昇します。

熱放射量　＝　定数　×　放射率　×　物体表面温度4

 

＜参考＞ 熱放射とは、真夏の砂浜は70℃を超えます。しかし、気温は30℃程度です。これが地球（地面） と太陽の間での熱放射による影響です。熱放射は、電磁波で熱輸送されます。

アルミダイキャストに対し、上に記載した表面処理別で熱解析を行った結果は以下のとおりです。

	＜放射率ε= 0.03＞
	＜放射率ε= 0.95（塗料）＞

 

熱伝導による放熱効果

 

熱伝導による放熱効果は右のとおりであるため、 材料の熱伝導率・厚みの選定が放熱の鍵となる。

 

●ICを筐体壁面等に設置する場合、必ず必要になる 　 TIM（*1）の材料選定一つでIC_Tj温度に差がつく。 　（*1）TIM： Thermal Interface Material

 

＜考察＞ 0.6W/mKより低い熱伝導率で、急峻な温度変化が見られる。0.6W/mK以上を選定すべき。	＜考察＞ リニアな変化であるため、なるべく薄い素材を選定すべき。

 

熱伝導の盲点

熱伝導による熱輸送を上げるため、厚みを薄くすれば放熱効果が確実にあがるわけではありません。

	熱伝導による熱輸送を上げるため、FIN BASE厚みを少なくすると
	Tj-Tfin間の熱抵抗は下がるはずが、結果は逆の傾向を示す。 これは、熱拡散（45°拡散）による熱の広がりがFINの縦方向のサイズと合っていないために発生する現象です。 　　　　　　　　　　　この現象を回避するには！

＜対策例＞

FINに熱を伝える前に、熱を拡散する。

ICの配置台の熱伝導率を向上させ、熱源付近の熱を拡散する。 　・Cu化［熱伝導率385W/mK］ 　・etc・・・ 熱伝導率の高い部材で熱を拡散する。 　・グラファイトシート ［熱伝導率1500W/mK（面内）］ 　・Cuシート［熱伝導率385W/mK］ 　・etc・・・

 

放熱対策に多大な費用をかけていませんか？

 

＜なぜ、放熱部品のコストが注目される？＞ 放熱部品は、製品の機能Upを行う部品ではない。 （放熱部品が無くても、製品機能は成り立つ） 　　　　　　　　　　　　　　↓ 放熱対策部品を安くする = 製品単価が下がる つまり上記関係が成り立つからである。 （グラフの通り放熱力の高い部材はコストUpとなる）

　　　　　　↓

＜正しい温度把握を行う事で、熱マージンは極限まで抑えられる＞ 製品の熱設計を行う現場では、熱の把握を行うのに熱流体解析ツール（Sim）を活用するケースが多いと考える。（熱流体解析の精度も、年々向上している。） しかし、製品の熱設計は、Simで解いた温度に対し、大幅な温度マージンを持たせ製品の品質を保証する状況が変わらない。 ＜原因＞　発熱部品（半導体PKG）のSimモデルを厳密に作成できないためである。 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　↓ ＜結果＞　必要以上の放熱力が必要となり、高価な放熱部品を採用し製品コストを上昇させる。

発熱部品の高精度な熱把握がコスト削減の鍵となる。

 

発熱部品の厳密モデルを作るには

下記フローの通り、3つの知る技術と2つのノウハウ技術が必要

	次項で、既存技術と弊社独自技術の違いを説明します。
	Mold開封によるChip分析	断面研磨による構造サイズ調査
	PKGのシミュレーションモデル	局所発熱時のChip表面温度分布

 

発熱部品を高精度に分析する熱測定技術

＜熱抵抗解析メーカーとの違い＞

＜大半の熱抵抗解析メーカー手法＞	＜弊社の特許技術手法＞

＜問題点＞

電源（Vcc）とGNDを逆接続し、半導体にある
寄生Diを使い測定するため、下記問題が発生する。
●  Chip表面が均一温度にならない
●  測定箇所が特定できない　　　　　　　　　　　　　　　→　　　正しく測定できているかの評価さえできない(-_-;)
●  Wireのジュール熱の影響が出る

　　　　　　　　　　　↓

問題点を解消した技術 ＜特徴＞ 半導体内の高耐圧ブロックに対し、順方向の 　電流で特定ブロックをクランプさせ、特定部位 　のみを均一に発熱させる技術で測定する。
	→ 発熱後

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CAE受託解析サービス

CAE解析と熱評価の経験豊富な専門技術者が課題解決をサポートします。

 

Wave Technology（WTI）のCAE受託解析サービス

 

• CAE（Computer-Aided Engineering）解析とは、設計者が机上でシミュレートおよび分析する手法です。
• 設計者は実際の条件をシミュレートし、さまざまなシナリオで設計条件をテストできて結果を可視化することが可能です。
• また、評価では切り分けが難しい要素の影響（物性値、構造、発熱量、など）を個別に分析することが可能で、試作品を作成する前に製品のパフォーマンスと信頼性を向上させることができます。
   
   

CAE解析を行うタイミング

CAE解析は通常、製品の設計および開発プロセスのさまざまな段階で実施されますが、開発初期ほど設計の自由度が高く、量産に近づくほど、設計自由度は低下していきます（開発が進行するにつれて問題を修正するためのコストが増加）。
そのため、CAE解析を開発初期に実施（フロントローディング）して、開発後半の遅延や変更のリスクを減らすことが重要です。

【製品開発の各フェーズにおけるCAE解析の自由度】

CAE受託解析サービスは、開発初期段階にご利用いただくことがお勧めです。

 

CAE受託解析サービスの報告書例

ご相談いただいた際に、CAE解析の進め方や報告書のイメージをお客様と共有してからご依頼を受けさせていただきますのでご安心ください。

【CAE受託解析サービスの報告書イメージ】

 

CAE受託解析サービスの費用

CAE受託解析の費⽤は、規模や内容で変化しますので、一度ご相談ください。
ご相談いただいた内容から課題解決に向けてCAE解析の条件・費用を提案させていただき、ご納得いただけた内容で進めさせていただきます。

 

CAE受託解析以外のサービス

CAE 受託サービス以外にも以下のようなサービスがございます。

	月々の定額料金の範囲内で対応可能な設計業務や評価業務などを、お客様とのお打合わせで決定し、月単位で成果物をお納めするサービス （依頼毎の見積りや発注作業を省けるため、お気軽にCAE解析をご活用いただけます）
	CAE解析の技術アドバイスをご提供するコンサルティングサービス

 

【関連リンク】

• 熱流体解析 受託サービス
• 応力・構造解析 受託サービス
• 熱流体解析を用いた放熱対策
• 応力解析を用いた強度検証・対策
• WTIブログもご覧ください
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• 無線電力伝送技術
• 【参考】無線電力伝送の方式と特長
• 高効率マイクロ波電力増幅技術
• 学会発表実績
• 過去の開発事例

 

無線電力伝送技術

近年注目が高まっている無線電力伝送技術の開発を進めています。龍谷大学　石崎研究室のご指導をいただき、特に伝送距離を伸ばすことが可能となる共振器結合方式に関する設計技術を構築いたしました。

【知財権】
特許第6024013 号 「無線電⼒伝送システム」
特許第6024015 号 「無線電⼒伝送装置」
特許第6644234 号 「無線電⼒伝送装置」

 

※共振結合コイルの設計技術

無線電力伝送システムの概略 * お客様のご要望に応じて対応可能
基板コイル	銅線コイル

※共振結合コイルの設計事例

送電用コイル （直径5cm,スパイラル巻き）	送電用コイル （直径5cm,エッジワイズ巻き）	受電用コイル （直径1cm、2層）
図．伝送効率の測定結果

※3Ｄフリーアクセス無線電力伝送を実現するための要素技術

• 2017年3月13日に『「磁界共鳴方式ワイヤレス給電」の設計・評価サービスを開始』をプレスリリース
• 設計・評価サービスの内容は「ワイヤレス給電（無線電力伝送）」のページをご覧ください
• ワイヤレス給電についてのワイヤレス給電関連社長ブログもご覧ください

 

【参考】無線電力伝送の方式と特長

 

	動作原理	等価回路（ブロック図）	特徴
電磁誘導 方式			距 離	～数cm
			効 率	高い
			媒 体	磁界
共振器結合 方式			距 離	～数m
			効 率	高い
			媒 体	電磁界 （主に磁界）
電界結合 方式			距 離	～数mm
			効 率	高い
			媒 体	電界
マイクロ波 方式			距 離	～数百km
			効 率	低い
			媒 体	電波 (マイクロ波)

 

高効率マイクロ波電力増幅技術

モバイル通信分野では送受信されるデータの増大に伴い、通信の高速化、大容量化が進められており、低消費電力化がますます重要となっています。

これに貢献する技術として、東北大学 電気通信研究所 21世紀情報通信研究開発センターのご指導の下、送信電力増幅器の高調波注入による高効率化技術の開発しました。

本開発の一部は科学技術振興機構 開発成果最適展開支援プログラム(A-STEP)の支援を受けて⾏われました。
以下にA-STEP 開発成果の概要をご紹介いたします。

■A-STEP開発成果概要

（１）適用プログラム：

A-STEP産学共同促進ステージ（ハイリスク挑戦タイプ）

（２）期間：2014/12/1－2017/11/30

（３）研究機関：

東北大学電気通信研究所 21世紀情報通信研究開発センターおよび株式会社Wave Technology

（４）研究テーマ：

低炭素社会に貢献する情報通信用高効率送信電力増幅モジュールの開発

（５）開発成果概要：

本開発では2倍波フィードバックを用いて増幅器に高調波(2倍波)を注入する技術を開発しCMOS電力増幅器、及びGaNドハティ電力増幅器に適用しました。CMOS電力増幅器ではACLR=-38dBc時の電力付加効率改善量2.2%、GaNドハティ電力増幅器では8dBバックオフ時電力付加効率改善量2.6%をそれぞれ達成し、本技術が高効率化に有効であることを確認しました。

高調波注入CMOS電力増幅器 (f=2.2GHz)	高調波注入CMOS電力増幅器の特性評価結果
高調波注入ドハティ電力増幅器 (f=2.6GHz)	高調波注入ドハティ電力増幅器の特性評価結果

【取得特許】

• 特許第5713197号 「バラン」
• 特許第5829885号 「バラン」
• 特許第6497564 号 「バラントランスおよびそれを⽤いた電⼦機器」
• 特許第6589208 号 「バラントランスおよびそれを⽤いた電⼒増幅器」
• 特許第6736024 号 「ドハティ増幅器」

【出願中】

• 特開2016-076752 「プシュプル電力増幅器」

【関連ページ】　WTIの高周波・無線技術全般についてはこちらをクリックしてください

■高周波(RF)・無線関連その他サービスご紹介
高周波(RF)・無線　設計受託
高周波(RF)電力増幅器開発
各種高周波(RF)部品開発
無線通信モジュール用アンテナ設計・評価受託
高周波マッチング工房
高周波開発インサイドストーリー　～「貴重な存在」と云われるからこそ、「責任」と「やりがい」がある～

■参考資料

電波の周波数による分類・定義

■高周波(RF)・無線関連ブログ

　　　ブログ目次はこちら

■電子回路設計 ヒントPLUS☆（高周波(RF)・無線関連）

■関連YouTube動画へのリンク

概略コンセプトだけで設計/開発/コンサル受託｜WTI（シールドルームのご紹介）
高周波の電力増幅器｜ 評価系紹介 ｜WTI（高周波電力増幅器評価系のご紹介）

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【当ページ関連の資料タイトル】
●「高周波(RF)回路設計サービスのご提案」
●「無線通信モジュール用アンテナ設計・評価受託」

 

学会発表実績

 

2016年	寺嶋一真, 藤井憲一, 高木直, 坪内和夫, 亀田卓,末松憲治, “2倍波分波機能を備えた2GHz帯超小型CMOSオンチップバラン” 2016信学総大 C-2-55, Mar. 2016 寺嶋一真, 藤井憲一, 高木直, 亀田卓,末松憲治,坪内和夫,"N本結合線路でなる2GHz帯超小型CMOSオンチップバラン".2016 信学ソ大 C-2-64,Sep. 2016
2014年	藤井憲一, 寺嶋一真, 園田琢二, 高木直, 中山英太, 亀田卓, 末松憲治, 坪内和夫, "2GHz Si-CMOS トリプルカスコードプシュプル電力増幅器".2014 信学総大 C-2-3,Mar. 2014 寺嶋一真, 藤井憲一, 園田琢二, 高木直, 中山英太, 亀田卓, 末松憲治, 坪内和夫, "樹脂多層基板による分波機能を備えた2GHz帯バラン回路".2014 信学総大 C-2-47,Mar. 2014 Kazuma Terajima, Kenichi Fujii, Takuji.Sonoda, Tadashi Takagi, Eita Nakayama, Suguru Kameda, Noriharu Suematsu, Kazuo Tsubouchi, "A 2.0GHz CMOS Triple Cascode Push-Pull Power Amplifier with Second Harmonic  Injection for Linearity Enhancement" in Microwave Conference (EuMC), 2014 44th European, Rome, 2014, pp. 1265-1268. Kazuma Terajima, Kenichi Fujii, Takuji.Sonoda, Tadashi Takagi, Eita Nakayama, Suguru Kameda, Noriharu Suematsu, Kazuo Tsubouchi, " Linearization of CMOS triple cascode push-pull power amplifiers by second harmonic feedback " in 2014 Asia-Pacific Microwave Conference, Sendai, Japan, 2014, pp. 107-109. Kenichi Fujii, Kazuma Terajima, Takuji Sonoda,Tadashi Takagi, Suguru Kameda, Noriharu Suematsu, Kazuo Tsubouchi "The improvement of efficiency in L-band 10W GaN HEMT power amplifier by harmonic injection, in 2014 Asia-Pacific Microwave Conference, Sendai, Japan, 2014, pp. 786-788.]
2013年	寺嶋一真, 藤井憲一園田琢二,高木直,中山英太,亀田卓,末松憲治,坪内和夫,"2.0GHz Si-CMOS トリプルカスコード電力増幅器".2013 信学ソ大 C-2-28,Sep. 2013
2012年	石田哲也, 石崎俊雄, 淡井郁雄, “受電体の設置角度に依存しないシームレスな非接触給電” , 信学技報告, WPT2012-04(2012-05)
2010年	藤井憲一,辻岡孝作, 高木直, "L帯10W GaN HEMT増幅器の高調波注入による効率改善効果の実験的検討",信学技報,MW2010-121(2010-11)

 

過去の開発事例

※ニッケル水素二次電池の急速充放電・劣化抑制技術
充電中の電池の劣化反応に着目して充電制御することにより急速充電、劣化抑制を実現する技術を開発
 (特許第5372208号)

分極電圧挙動の異常を検知して 可変充電電流制御を行うことで過充電を防止

充電制御模式図

 

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• ワイヤレス給電に関するWTIブログはこちら
  ワイヤレス給電関連ブログ

• 社長ブログ（固有技術開発関連）
  ワイヤレス給電の設計は経験とノウハウが必要
  中小企業でも、技術開発を頑張っている会社はある
  「技術力」で顧客に選ばれる設計/開発会社の特徴
  自主技術で勝負だ！ WTI
  「自主技術開発をやっておられる会社なので応募しましたー」って言われます
  自社開発の進捗フォローもしっかり
  びわ湖環境ビジネスメッセで、ワイヤレス給電デモ機を展示します
  びわ湖環境ビジネスメッセのワイヤレス給電展示、無事終わりました
  「新ものづくり新サービス展」今日から３日間　出展しています
  ワイヤレス給電の応用をこう考える
  他社に依頼して性能出ず。 WTIさんお願いします～
  関西ものづくり新撰2018選定証を交付いただきました
  ワイヤレス給電技術の引合を次々にいただいています
  ６月８日（金） 「神戸ものづくり中小企業展示商談会」に出展
  無接点給電/ケーブルレス給電 得意です！

 

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