EP1209765A1 - Connection element and method of providing a connection - Google Patents

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EP1209765A1
EP1209765A1 EP00125746A EP00125746A EP1209765A1 EP 1209765 A1 EP1209765 A1 EP 1209765A1 EP 00125746 A EP00125746 A EP 00125746A EP 00125746 A EP00125746 A EP 00125746A EP 1209765 A1 EP1209765 A1 EP 1209765A1
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circuit board
hole
section
connection
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EP00125746A
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Christian Maini
Andreas Sahner
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Cdm Engineering AG
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    • H01R43/20—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining, or repairing of line connectors or current collectors or for joining electric conductors for assembling or disassembling contact members with insulating base, case or sleeve
    • H01R43/205—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining, or repairing of line connectors or current collectors or for joining electric conductors for assembling or disassembling contact members with insulating base, case or sleeve with a panel or printed circuit board
    • H—ELECTRICITY
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    • H01R—ELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
    • H01R13/00—Details of coupling devices of the kinds covered by groups H01R12/70 or H01R24/00 - H01R33/00
    • H01R13/40—Securing contact members in or to a base or case; Insulating of contact members
    • H01R13/405—Securing in non-demountable manner, e.g. moulding, riveting
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    • H01R13/405—Securing in non-demountable manner, e.g. moulding, riveting
    • H01R13/415—Securing in non-demountable manner, e.g. moulding, riveting by permanent deformation of contact member

Definitions

  • the present invention relates to a connecting element according to the preamble of claim 1 and a Process for connecting to a such connecting element.
  • PCB Printed circuit boards
  • the present invention is therefore based on the object based on a connecting element and a method for Establishing a connection between the Specify connecting element and a circuit board which is free of mechanical stress, at the same time however, a good electrical connection is guaranteed.
  • the invention has the following advantages: By the Connecting section one shoulder and beyond has a cone on the face, it is possible to create a obtain extremely strong mechanical connection without that mechanical stresses arise in the area of the conductor tracks exceed the maximum permissible values.
  • the principle according to the invention is that the two functions, electrical and mechanical connection, be separated. This is how the electrical contact in the Area of the shoulder - in a further embodiment, where the hole in the circuit board is metallized, over the hole inner wall - while the mechanical connection due to the design of the connecting element a cone especially on that surface of the Circuit board is created, which of the conductor tracks is turned away.
  • Connecting elements 3 For mechanical and electrical connection of the Connecting elements 3 with the circuit board 1 are in this Holes 2 provided, preferably for one Connecting element 3 has a hole 2 in the printed circuit board 1 is prepared.
  • the connecting element 3 shown in the single figure is designed as a male plug contact. Relevant to the invention, however, is only that of PCB 1 facing end, which with this in still can be connected in an explanatory manner.
  • the Connecting element 3 has on circuit board 1 facing end, in the direction of the circuit board 1 seen, first a shoulder 4, which at least partially larger dimensions than the hole 2 in the Has circuit board 1. In the illustrated Embodiment in which the hole 2 is round Has cross-section, the shoulder 4 is a ring educated. The shoulder 4 follows - again in the direction seen the circuit board 1 - a connecting section 5, the smaller dimensions than hole 2 in the circuit board 1 has. Finally, the connecting element 3 a cone 6 in the manner of a recess in the front Connection element 3. In other words Walls of the connecting element 3 thinner towards the end. Based on the total length of the connecting section 5 the length of the cone 6 is less than 50%, preferably about 30%.
  • partial view A of the single figure is the Printed circuit board 1 for inserting the connecting element 3 prepared by the hole 2 in the circuit board 1, under Taking into account the dimensions mentioned, is present.
  • the insertion of the connecting element 3 in the hole 2 can due to the dimensions without effort.
  • the End position is from partial view B of the single figure seen.
  • the pressing takes place by using a pressing tool from the underside of the circuit board 1 the part of the hole protruding from hole 2 Connection section 5 is deformed.
  • the pressing has a plastic deformation of the connecting section 5 for Consequence, the area of deformation on the area of Cone 6 is limited, which in this area mechanical connection is created.
  • the inner surface of the Hole 2 metallized by the circuit board 1 so the electrical contact not only on the shoulder area 4 limited, but extends to the area plastic deformation. This will make both excellent mechanical as well as excellent electrical connection possible.
  • the end face of the connecting element 3 is preferably with the underside of the circuit board 1 flush with the surface.
  • the cross section of the connecting element 3 in the area of Connection section 5 round. It is also conceivable that the Cross-sectional area is square or polygonal. The cross section of hole 2 must be selected accordingly become.
  • connection is for everyone Dimensions of connecting sections used excellently can be.
  • the type of connection is particularly suitable also excellent for the power supply from Printed circuit boards.

Abstract

A connection element (3) has a connection section (5) for joining with a circuit board (1). The connection section (5) is defined by a shoulder (4) which has greater dimensions than a hole (2) receiving the connection section (5), and a cone (6) is provided on the end of the connection section (5) lying opposite the shoulder.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verbindungselement nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie ein Verfahren zur Herstellung einer Verbindung mit einem solchen Verbindungselement.The present invention relates to a connecting element according to the preamble of claim 1 and a Process for connecting to a such connecting element.

Elektronische Bauelemente werden bekanntlich auf Leiterplatten (Printed Circuit Board, oder kurz PCB) montiert, wobei elektrische Kontakte der Bauelemente über Leiterbahnen, welche beispielsweise mit einem Ätzverfahren auf der Leiterplatte hergestellt worden sind, verbunden werden. Ebenso werden Anschlüsse zum Anschliessen von Kabeln an die Leiterplatten mit solchen Leiterbahnen kontaktiert.Electronic components are known to be on Printed circuit boards (PCB) mounted, with electrical contacts of the components over Conductor tracks, for example with an etching process have been manufactured on the circuit board become. Connections for connecting Cables to the circuit boards with such conductor tracks contacted.

Es ist bekannt, dass sowohl die Anschlüsse als auch die elektronischen Bauteile mit einem Lötverfahren, beispielsweise Wellbadlöten oder Handlöten, mit der Leiterplatte verbunden werden. Das verfestigte Lot sorgt dann sowohl für die mechanische als auch für die elektrische Verbindung. Des weiteren ist es insbesondere zum Verbinden von Anschlüssen mit einer Leiterplatte bekannt, ein sogenanntes Press-Fit-Verfahren zu verwenden. Bei diesem Verfahren erfolgt keine Erwärmung der Kontaktstelle.It is known that both the connectors and the electronic components with a soldering process, for example wave soldering or hand soldering with the PCB are connected. The solidified solder ensures then for both the mechanical and the electrical connection. Furthermore, it is special for connecting connections to a printed circuit board known to use a so-called press-fit method. This method does not heat the Contact point.

Bei beiden Verfahren ist darauf zu achten, dass keine mechanischen Spannungen entstehen, welche zu Rissen in Leiterbahnen führen können. Bei der Verwendung eines Lötverfahrens entstehen mechanische Spannungen zumeist wegen dem Erwärmen und dem anschliessenden Abkühlen.
Beim bekannten Press-Fit-Verfahren, welches an und für sich bevorzugt eingesetzt wird, da die Möglichkeit zur Kontrolle von mechanischen Spannungen besser erfolgen kann, kommt es jedoch trotzdem wieder vor, dass mechanische Spannungen entstehen.In both methods, care must be taken to ensure that there are no mechanical stresses that can lead to cracks in the conductor tracks. When using a soldering process, mechanical stresses mostly arise due to the heating and subsequent cooling.
In the known press-fit method, which is preferably used in and of itself, since it is easier to control mechanical stresses, mechanical stresses still occur.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verbindungselement und ein Verfahren zur Herstellung einer Verbindung zwischen dem Verbindungselement und einer Leiterplatte anzugeben, welches frei von mechanischen Spannungen ist, gleichzeitig jedoch eine gute elektrische Verbindung gewährleistet.The present invention is therefore based on the object based on a connecting element and a method for Establishing a connection between the Specify connecting element and a circuit board which is free of mechanical stress, at the same time however, a good electrical connection is guaranteed.

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Massnahmen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sowie ein Verfahren sind in weiteren Ansprüchen angegeben.This task is carried out in the characterizing part of the Measures specified claim 1 solved. Advantageous embodiments of the invention and a Methods are specified in further claims.

Die Erfindung weist die folgenden Vorteile auf: Indem der Verbindungsabschnitt eine Schulter und darüber hinaus stirnseitig einen Konus aufweist, wird es ermöglicht, eine überaus starke mechanische Verbindung zu erhalten, ohne dass dabei entstehende mechanische Spannungen im Bereich der Leiterbahnen maximal zulässige Werte übersteigen. Das erfindungsgemässe Prinzip liegt dabei darin, dass die beiden Funktionen, elektrische und mechanische Verbindung, getrennt werden. So erfolgt der elektrische Kontakt im Bereich der Schulter - in einer weiteren Ausführungsform, bei der das Loch in der Leiterplatte metallisiert ist, über die Lochinnenwand -, währenddem die mechanische Verbindung aufgrund der Ausgestaltung des Verbindungselementes mit einem Konus besonders auf derjenigen Oberfläche der Leiterplatte entsteht, welche von den Leiterbahnen abgewandt ist.The invention has the following advantages: By the Connecting section one shoulder and beyond has a cone on the face, it is possible to create a obtain extremely strong mechanical connection without that mechanical stresses arise in the area of the conductor tracks exceed the maximum permissible values. The The principle according to the invention is that the two functions, electrical and mechanical connection, be separated. This is how the electrical contact in the Area of the shoulder - in a further embodiment, where the hole in the circuit board is metallized, over the hole inner wall - while the mechanical connection due to the design of the connecting element a cone especially on that surface of the Circuit board is created, which of the conductor tracks is turned away.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer Zeichnung beispielsweise näher erläutert. Dabei zeigt die einzige Figur - in drei Teilansichten - verschiedene Phasen bei der Herstellung einer Verbindung zwischen einem erfindungsgemässen Verbindungselement und einer Leiterplatte.The invention is described below using a drawing, for example explained in more detail. The only figure shows - in three partial views - different phases in the Establishing a connection between one connecting element according to the invention and one PCB.

In der einzigen Figur mit den Teilansichten A, B und C ist mit 1 eine Leiterplatte (Printed Circuit Board - PCB) dargestellt, auf der beispielsweise elektronische Bauelemente (in der Figur nicht dargestellt) montiert und über auf der Leiterplatte 1 vorgesehene Leiterbahnen, welche beispielsweise mit einem Ätzverfahren hergestellt worden sind, nach Bedarf verbunden sind. Zum Bereitstellen von Anschlüssen, damit die Leiterplatte 1 bzw. die auf dieser montierten Bausteine beispielsweise mit elektrischer Energie versorgt werden können resp. damit die Leiterplatte 1 mit anderen Leiterplatten elektrisch verbunden werden kann, sind Verbindungselemente 3 vorgesehen.In the single figure with the partial views A, B and C. with 1 a printed circuit board (PCB) shown on the example electronic Components (not shown in the figure) mounted and via conductor tracks provided on the printed circuit board 1, which, for example, is produced using an etching process have been connected as needed. To deploy of connections so that the circuit board 1 or on of these assembled modules, for example with electrical ones Energy can be supplied or so the circuit board 1 can be electrically connected to other circuit boards can, connecting elements 3 are provided.

Zum mechanischen und elektrischen Verbinden der Verbindungselemente 3 mit der Leiterplatte 1 sind in dieser Löcher 2 vorgesehen, wobei vorzugsweise für ein Verbindungselement 3 ein Loch 2 in der Leiterplatte 1 vorbereitet ist.For mechanical and electrical connection of the Connecting elements 3 with the circuit board 1 are in this Holes 2 provided, preferably for one Connecting element 3 has a hole 2 in the printed circuit board 1 is prepared.

Das in der einzigen Figur dargestellte Verbindungselement 3 ist als männlicher Steckkontakt ausgebildet. Erfindungsrelevant ist jedoch lediglich das der Leiterplatte 1 zugewandte Ende, welches mit dieser in noch zu erläuternder Weise verbindbar ist. Das Verbindungselement 3 weist am der Leiterplatte 1 zugewandten Ende, und zwar in Richtung der Leiterplatte 1 gesehen, zunächst eine Schulter 4 auf, welche zumindest bereichsweise grössere Abmessungen als das Loch 2 in der Leiterplatte 1 aufweist. In der dargestellten Ausführungsform, bei der das Loch 2 einen runden Querschnitt aufweist, ist die Schulter 4 als Ring ausgebildet. Der Schulter 4 folgt - wiederum in Richtung der Leiterplatte 1 gesehen - ein Verbindungsabschnitt 5, der kleinere Abmessungen als das Loch 2 in der Leiterplatte 1 aufweist. Schliesslich weist das Verbindungselement 3 stirnseitig einen Konus 6 in der Art einer Ausnehmung im Verbindungselement 3 auf. Mit anderen Worten werden die Wände des Verbindungselementes 3 zu dessen Ende hin dünner. Bezogen auf die Gesamtlänge des Verbindungsabschnittes 5 beträgt die Länge des Konus 6 weniger als 50%, vorzugsweise ca. 30%.The connecting element 3 shown in the single figure is designed as a male plug contact. Relevant to the invention, however, is only that of PCB 1 facing end, which with this in still can be connected in an explanatory manner. The Connecting element 3 has on circuit board 1 facing end, in the direction of the circuit board 1 seen, first a shoulder 4, which at least partially larger dimensions than the hole 2 in the Has circuit board 1. In the illustrated Embodiment in which the hole 2 is round Has cross-section, the shoulder 4 is a ring educated. The shoulder 4 follows - again in the direction seen the circuit board 1 - a connecting section 5, the smaller dimensions than hole 2 in the circuit board 1 has. Finally, the connecting element 3 a cone 6 in the manner of a recess in the front Connection element 3. In other words Walls of the connecting element 3 thinner towards the end. Based on the total length of the connecting section 5 the length of the cone 6 is less than 50%, preferably about 30%.

Im folgenden wird das Verfahren zur Herstellung einer Verbindung zwischen einem Verbindungselement 3 und einer Leiterplatte 1 erläutert:The following is the process for making a Connection between a connecting element 3 and one Circuit board 1 explains:

In der Teilansicht A der einzigen Figur ist die Leiterplatte 1 für das Einsetzen des Verbindungselementes 3 vorbereitet, indem das Loch 2 in der Leiterplatte 1, unter Berücksichtigung der erwähnten Abmessungen, vorhanden ist. Das Einführen des Verbindungselementes 3 in das Loch 2 kann aufgrund der Abmessungen ohne Kraftaufwand erfolgen. Die Endlage ist aus der Teilansicht B der einzigen Figur ersichtlich. Schliesslich erfolgt das Verpressen, indem mit einem Presswerkzeug von der Unterseite der Leiterplatte 1 den aus dem Loch 2 herausragende Teil des Verbindungsabschnittes 5 verformt wird. Das Verpressen hat eine plastische Verformung des Verbindungsabschnittes 5 zur Folge, wobei der Bereich der Verformung auf den Bereich des Konus 6 beschränkt ist, womit in diesem Bereich die mechanische Verbindung entsteht. Ist, wie bei einer bevorzugten Ausführungsform vorgesehen, die Innenfläche des Loches 2 durch die Leiterplatte 1 metallisiert, so wird der elektrische Kontakt nicht nur auf den Bereich der Schulter 4 beschränkt, sondern er erstreckt sich bis in den Bereich der plastischen Verformung. Damit wird sowohl eine hervorragende mechanische als auch eine hervorragende elektrische Verbindung möglich. Darüber hinaus ist es bei geeigneter Wahl des Presswerkzeuges möglich, dass nach dem Pressvorgang der Verbindungsabschnitt 5 nicht hervorragt. Bevorzugt ist die Stirnseite des Verbindungselementes 3 mit der Unterseite der Leiterplatte 1 oberflächenbündig.In partial view A of the single figure is the Printed circuit board 1 for inserting the connecting element 3 prepared by the hole 2 in the circuit board 1, under Taking into account the dimensions mentioned, is present. The insertion of the connecting element 3 in the hole 2 can due to the dimensions without effort. The End position is from partial view B of the single figure seen. Finally, the pressing takes place by using a pressing tool from the underside of the circuit board 1 the part of the hole protruding from hole 2 Connection section 5 is deformed. The pressing has a plastic deformation of the connecting section 5 for Consequence, the area of deformation on the area of Cone 6 is limited, which in this area mechanical connection is created. It's like one preferred embodiment provided the inner surface of the Hole 2 metallized by the circuit board 1, so the electrical contact not only on the shoulder area 4 limited, but extends to the area plastic deformation. This will make both excellent mechanical as well as excellent electrical connection possible. In addition, it is at suitable choice of pressing tool possible that after Pressing the connection section 5 does not protrude. The end face of the connecting element 3 is preferably with the underside of the circuit board 1 flush with the surface.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Querschnitt des Verbindungselementes 3 im Bereich des Verbindungsabschnittes 5 rund. Denkbar ist auch, dass die Querschnittsfläche quadratisch oder polygonal ist. Entsprechend muss der Querschnitt des Loches 2 gewählt werden.In a preferred embodiment, the cross section of the connecting element 3 in the area of Connection section 5 round. It is also conceivable that the Cross-sectional area is square or polygonal. The cross section of hole 2 must be selected accordingly become.

Die erfindungsgemässe Verbindung ist platzsparend, da keine hervorstehenden Teile auf der Unterseite der Leiterplatte 1 entstehen. Des weiteren ist das Erhitzen der Bauteile - wie bei herkömmlichen Verfahren - weder vor noch während dem Löten der Bauteile erforderlich. Ferner zeichnet sich die Erfindung durch die folgenden weiteren Vorteile auf:

  • Es ist keine Reinigung der Kontaktstellen erforderlich;
  • Die Überprüfung der Verbindung nach dem Verbinden ist vereinfacht;
  • Platzsparende Ausführung: Der gewonnene Platz kann für elektronische Komponenten besser genutzt werden;
  • Grössere Toleranzbereiche können zugelassen werden;
  • Die erfindungsgemässen Verbindungsstellen sind nicht empfindlich auf mechanische Spannungen;
  • Die Presswerkzeuge sind einfach herzustellen und damit auch kostengünstig.
The connection according to the invention is space-saving since there are no protruding parts on the underside of the printed circuit board 1. Furthermore, as with conventional methods, heating of the components is not necessary either before or during the soldering of the components. The invention also has the following further advantages:
  • There is no need to clean the contact points;
  • Checking the connection after connecting is simplified;
  • Space-saving design: the space gained can be better used for electronic components;
  • Larger tolerance ranges can be allowed;
  • The connection points according to the invention are not sensitive to mechanical stresses;
  • The pressing tools are easy to manufacture and therefore inexpensive.

Es wird darauf hingewiesen, dass die Erfindung für alle Abmessungen von Verbindungsabschnitten vorzüglich verwendet werden kann. Insbesondere eignet sich die Verbindungsart auch vorzüglich bei der Leistungsversorgung von Leiterplatten.It should be noted that the invention is for everyone Dimensions of connecting sections used excellently can be. The type of connection is particularly suitable also excellent for the power supply from Printed circuit boards.

Claims (8)

Verbindungselement (3) mit einem Verbindungsabschnitt (5) zum Verbinden mit einer Leiterplatte (1), wobei der Verbindungsabschnitt (5) zumindest Bereichsweise in ein Loch (2) in der Leiterplatte (1) aufnehmbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbindungsabschnitt (5) durch eine Schulter (4) begrenzt ist, die grössere Abmessungen aufweist als ein den Verbindungsabschnitt (5) aufnehmendes Loch (2), und dass ein Konus (6) am zur Schulter (4) gegenüberliegenden Ende des Verbindungsabschnittes (5) vorgesehen ist.Connecting element (3) with a connecting section (5) for connecting to a printed circuit board (1), the connecting section (5) being receivable at least partially in a hole (2) in the printed circuit board (1), characterized in that the connecting section (5 ) is delimited by a shoulder (4) which has larger dimensions than a hole (2) receiving the connecting section (5), and that a cone (6) is provided at the end of the connecting section (5) opposite the shoulder (4). Verbindungselement (3) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche des Verbindungsabschnittes (5) rau ist.Connecting element (3) according to claim 1, characterized in that the surface of the connecting portion (5) is rough. Verbindungselement (3) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbindungsabschnitt (5), und damit das Loch (2), einen runden Querschnitt aufweisen.Connecting element (3) according to claim 1 or 2, characterized in that the connecting section (5), and thus the hole (2), have a round cross section. Verbindungselement (3) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbindungsabschnitt (5), und damit auch das Loch (2), einen quadratischen oder polygonalen Querschnitt aufweisen.Connecting element (3) according to claim 1 or 2, characterized in that the connecting section (5), and thus also the hole (2), have a square or polygonal cross section. Verbindungselement (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbindungsabschnitt (5) länger ist als die Breite der Leiterplatte (1).Connecting element (3) according to one of claims 1 to 4, characterized in that the connecting section (5) is longer than the width of the printed circuit board (1). Verfahren zur Herstellung einer Verbindung zwischen einem Verbindungselement (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 5 und einer Leiterplatte (1), in der mindestens ein Loch (2) zum partiellen Aufnehmen des Verbindungselementes (3) vorgesehen ist bzw. hergestellt wird, wobei die Querschnittsabmessungen des Loches (2) grösser sind als diejenigen des Verbindungselementes (3), indem der Verbindungsabschnitt (5) des Verbindungselementes (3) in das Loch (2) eingeschoben wird, mit einem Presswerkzeug zumindest ein Teil des Verbindungsabschnittes (5) derart plastisch verformt wird, dass das Verbindungselement (3) in der Leiterplatte (1) festgehalten wird. Method for producing a connection between a connecting element (3) according to one of claims 1 to 5 and a printed circuit board (1), in which at least one hole (2) is provided or is made for partially receiving the connecting element (3), the Cross-sectional dimensions of the hole (2) are larger than those of the connecting element (3) by the connecting section (5) of the connecting element (3) is inserted into the hole (2), at least part of the connecting section (5) is plastically deformed with a pressing tool such that the connecting element (3) is held in place in the printed circuit board (1). Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement (3) bis zu einer Schulter (4) eingeschoben wird.A method according to claim 6, characterized in that the connecting element (3) is inserted up to a shoulder (4). Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Verformung des Verbindungselementes (3) auf der Rückseite der Leiterplatte (1) des weiteren derart erfolgt, dass keine Überhöhung bleibt.A method according to claim 6 or 7, characterized in that the deformation of the connecting element (3) on the back of the circuit board (1) further takes place in such a way that no cant remains.
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Citations (3)

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