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DE2610137A1 - Generator mit freilaufdiode und spannungsregler - Google Patents

Generator mit freilaufdiode und spannungsregler

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Publication number
DE2610137A1
DE2610137A1 DE19762610137 DE2610137A DE2610137A1 DE 2610137 A1 DE2610137 A1 DE 2610137A1 DE 19762610137 DE19762610137 DE 19762610137 DE 2610137 A DE2610137 A DE 2610137A DE 2610137 A1 DE2610137 A1 DE 2610137A1
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DE
Germany
Prior art keywords
generator
connection
power transistor
transistor
semiconductor
Prior art date
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Ceased
Application number
DE19762610137
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English (en)
Inventor
Dietrich Dipl Ing Dr Bergfried
Jean Dipl Ing Dr Dorkel
Willi Ing Grad Gansert
Gert Dipl Ing Heinrich
Eberhard Dr Rer Nat Pflueger
Dietmar Dipl Ing Schnepf
Harry Slansky
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
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Priority to AU22934/77A priority patent/AU504350B2/en
Priority to YU585/77A priority patent/YU41295B/xx
Priority to US05/775,284 priority patent/US4128802A/en
Priority to AR266779A priority patent/AR228007A1/es
Priority to PL1977196534A priority patent/PL110219B1/pl
Priority to JP2655077A priority patent/JPS52110426A/ja
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Priority to GB10104/77A priority patent/GB1573521A/en
Priority to SE7702719A priority patent/SE7702719L/xx
Priority to BR7701477A priority patent/BR7701477A/pt
Priority to IT21160/77A priority patent/IT1115621B/it
Priority to FR7707415A priority patent/FR2344173A1/fr
Priority to MX168328A priority patent/MX143232A/es
Priority to ES456733A priority patent/ES456733A1/es
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Description

25.2.1976 Pb/Sm
Anlage zur
Patent- und
Gebrauchsmuster-Hilfsanmeldung
ROBERT BOSCH GMBH, Stuttgart Generator mit Freitaufdiode und Spannungsregler
Die Erfindung betrifft einen mit stark wechselnden Drehzahlen antreibbaren, im Nebenschluß erregten Generator, insbesondere für Kraftfahrzeuge j mit einer zu seiner Nebenschluß-Feldwicklung parallel liegenden Freilaufdiode und mit einem Spannungsregler, der einen mit seiner Emitter-Kollektor-Strecke zur
Feldwicklung in Reihe liegenden npn-Leistungstransistor und
einen auf diesen einwirkenden Steuerteil aufweist, der einen
. 709839/0038
-I - R.' " " -Pb/srn
gegenphasig zum Leistungstransis'tor arbeitenden npn-Steuertransistor enthält, dessen Basis über eine als Spannungssollwertgeber dienende Z-Diode mit der Ausgangsspannung des Generators oder mit einer zu dieser proportionalen Spannung verbunden ist, wobei zwei getrennte, monolithisch integrierte Halbleiterplättchen vorgesehen sind, von denen das erste den Leistungstransistor'und das zweite den Steuerteil enthält.
Aus der britischen Patentschrift 1 101 827 ist bereits ein Generator dieser Art bekannt, bei dem in einem ersten Siliziumplättchen der Leistungstransistor in Planartechnik ausgeführt und in einem zweiten Siliziumplättchen der Steuerteil als monolithisch integrierte Schaltung ausgebildet ist- Derartige Halbleiterplättchen weisen nur eine geringe Kantenlänge von wenigen Millimetern auf und benötigen daher eine andere Anschlußtechnik als diskrete Schaltelemente, die auf Leiterplatten in bekannter Weise befestigt werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Generator mit Freilaufdiode und Spannungsregler nach dem Gattungsbegriff des Patentanspruchs 1 einen möglichst einfachen Zusammenbau für Freilaufdiode und Spannungsregler zu schaffen, bei welchem sich die notwendigen Leitungsverbindungen leicht herstellen lassen.
Erfindungsgemäß ist diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die in einem dritten Halbleiterplättchen enthaltene Freilaufdiode und der gesamte"den Leistungstransistor und den Steuerteil enthaltende Spannungsregler in einem einzigen Gehäuse untergebracht sind, das aus einer metallischen Sockelplatte und einer darauf aufgebrachten, das Gehäuse hermetisch dicht verschließenden Deekkappe besteht, wobei die Sockelplatte den gemeinsamen Verbindungspunkt des Kollektors des Leistungstransistors und der Anode der Freilauf diode mit dem einen Ende der Feldwicklung
- 3 708839/0038
- f - Riv · ί -Fb-βχα.
- freies Generators bildet und zwei beidseitig vorstehende, in ihr isoliert befestigte pfostenartige Anschlußleiter enthält, von denen einer als Anschluß für den Emitter des Leistungstransistors dient und der andere zur Verbindung der Kathode der Prellaufdiode mit dem anderen Ende der Feldwicklung vorgesehen Ist.
Dabei ist es besonders zweckmäßig, wenn In weiterer Ausgestaltung der Erfindung das erste und das dritte Halbleiterplättchen jeweils einseitig In elektrischem und wärmeleitendem Xontakt direkt auf der Sockelplatte befestigt, beispielsweise auf diese gelötet oder gebondet sind und das zweite HalbIeIterplättchen auf die Oberseite einer Keramikplatte aufgebracht ist, die mit Ihrer Unterseite ebenfalls auf der Sockelplatte befestigt Ist.
Anhand der Zeichnung wird die Erfindung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 das elektrische Schaltbild eines Im Nebenschluß erregten Generators für Kraftfahrzeuge mit Freilaufdiode und Spannungsregler,
Fig. 2 das. Schaltbild des aus Spannungsregler und Freilaufdiode bestehenden Schaltungsteils, aus Figur 1 In vergrößerter Darstellung, wobei der Steuerteil schematisch als auf die Keramikplatte aufgebrachtes Haltleiterplättchen dargestellt Ist, das an seiner Oberseite drei elektrische Anschlußkontakte aufweist,
FIg. 3 das Gehäuse, das den Schaltungstell nach Figur 2 enthält>, In der· Draufsicht, wobei der obere Teil
7ÖSS38/ÖÖ38
- ft - , R. ? '. Fb/Sm
der Deckkappe abgesägt'ist, so daß die räumliche Anordnung der einzelnen Schaltelemente dieses Schaltungsteils und ihrer Verbindungsmittel in dem Gehäuse sichtbar wird,
Fig. 4 einen Schnitt nach der Linie IV-IV der Figur 3.
Der Spannungsregler ist zum Betrieb der bei 10 schematisch angedeuteten Drehstromlichtmaschine bestimmt, welche drei feststehende Drehstromwicklungen 11, 12 und 13 und eine umlaufende, auf dem Anker der Lichtmaschine angeordnete Feldwicklung Ik hat und durch den Motor eines nicht dargestellten Kraftfahrzeuges in üblicher Weise über eine ebenfalls nicht dargestellte Riemenscheibe angetrieben wird. Jede der Drehstromwicklungen ist über eine den Laststrom der Lichtmaschine führende Plusdiode 15 mit dem Pluspol einer zum Starten und zum Betrieb des Fahrzeugmotors dienenden 12,6-Volt-Batterie verbunden, an welche über einen Schalter YJ die bei l8 angedeuteten, für den Betrieb des Fahrzeugs vorgesehenen Verbraucher, wie Zündeinrichtung, Fahrbahnbeleuchtung und dergleichen, angeschlossen werden können. Mit der gemeinsamen, an den Minuspol der Batterie 16 angeschlossenen Minusleitung 20 sind die Drehstromwicklungen der Lichtmaschine über je eine von drei ebenfalls für den vollen Laststrom der Lichtmaschine bemessenen Minusdioden 21 verbunden. Für den Erregerstrom, der über den Spannungsregler R der Feldspule 14 zugeführt und durch den Spannungsregler auf einen der Antriebsdrehzahl und der Last der Lichtmaschine angepaßten zeitlichen Mittelwert eingestellt wird, sind drei ebenfalls an die Drehstromwicklungen angeschlossene Erregerdioden 22 vorgesehen, welche auf eine zum Regler führende Plusleitung 23 derart arbeiten, daß zwischen dieser Plusleitung und der Minusleitung 20 eine Spannung entsteht, die proportional zu der über die Laststrom-
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- I - Β.;-; Pb/Sm
gleichrichter 15 und 21 an die Batterie 18 gelieferten Ladespannung ist, die vom Regler R auf einem von der Antriebsdrehzahl und der Belastung der Lichtmaschine praktisch unabhängigen Sollwert von etwa 14 Volt gehalten werden soll.
Der Regler R enthält einen mit seiner Emitter-Kollektor-Strecke zur Feldwicklung l'l des Generators 10 in Reihe liegenden, mit seinem Emitter an die Minusleitung 20 angeschlossenen Darlingtontransistor LT, der als Leistungstransistor dient, sowie einen auf den Darlingtontransistor LT einwirkenden Steuerteil ST, die beide jeweils in sieh als monolithisch integrierte Schaltkreise ausgebildet sind.
Der Darlingtontransistor LT besteht dabei aus einem npn-Endtransistor 25, einem npn-Vortransistor 26, die miteinander in Darlingtonschaltung verbunden sind, und aus einem parallel zur Emitter-Basis-Strecke des Endtransistors 25 liegenden VJiderstand 27. Der aus diesen Einzelkomponenten bestehende Darlingtontransistor LT ist als monolithisch integrierte Schaltung in einem ersten Halbleiterplättchen 28 untergebracht, dessen Unterseite ganzflächig mit einer Metallisierung versehen ist, die den Kollektoranschluß 29 des Darlingtontransistors LT bildet, und das an seiner Oberseite einen metallischen Anschlußkontakt 30 für den Emitter und einen metallischen Anschiußkontakt 31 für die Basis des Darlingtontransistors LT aufweist.
Der Steuerteil ST besteht aus einem npn-Steuertransistor 32, einem parallel zur Emitter-Basis-Strecke dieses Transistors liegenden Widerstand 33, einer als Spannungssollwertgeber dienenden Z-Diode 34 und aus einem Spannungsteiler 35. Dabei ist der Emitter des Steuertransistors 32 an die Minus leitung 20 und sein Kollektor an die Basis 31 des Darlirgtontransistors LT angeschlossen. Die Z-Diode 34 ist mit ihrer Anode
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- i - R? \ ΐ ;Pb/sm
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an die Basis des Steuertransistors 32 und rait ihrer Kathode an den Abgriff des Spannungsteilers 35 angeschlossen, der mit seinem ersten freien Ende an die Plusleitung 23 und mit seinem zweiten freien Ende an die Minus leitung 20 angeschlossen ist. Der Steuerteil ST ist - ebenso wie der Dariingtontransistor LT - als monolithisch integrierte Schaltung ausgebildet und in einem zweiten Halbleiterplättchen 36 untergebracht. Im Gegensatz zum Darlingtontransistor LT sind jedoch beim Steuerteil ST alle im Schaltbild nach Figur 1 dargestellten äußeren Anschlüsse A3 B und D an der Oberseite des Halbleiterplättchens 36 angebracht (Figur 2 und 3)·
Damit die Lichtmaschine 10 sich aus dem Stillstand heraus selbst erregen kann, muß in dieser Anlaufphase der Darlingtontransistor LT stromleitend und der Steuertransistor 32 praktisch gesperrt sein. Parallel zur Emitter-Basis-Strecke des Steuertransistors 32 liegt deshalb der Widerstand 33 von etwa 600 0hm. Parallel zur Emitter-Basis-Strecke des Endtransistors 25 liegt der Widerstand 27 von etwa 150 0hm, welcher sicherstellt, daß der Darlingtontransistor LT vollständig gesperrt wird, wenn die Spannung zwischen den Leitungen 20 und 23 den Sollwert erreicht hat und der Steuertransistor 32 demzufolge durch die Z-Diode 34 stromleitend gemacht worden ist.
Die zur Feldwicklung 14 des Generators 10 parallel liegende Freilaufdiode 19 ist in einem dritten Halbleiterplättchen 50 untergebracht, dessen Unterseite ganzflächig mit einer Metallisierung versehen ist, die den Anodenanschluß der Freilaufdiode 19 bildet.
Die Freilaufdiode 19 und der gesamte Regler R, der den Darlingtontransistor LT und den Steuerteil ST enthält, ist in einem einzigen Gehäuse G untergebracht, das aus einer metallischen Sockelplatte 51 und aus einer darauf aufgeschweißten
709839/0038 --Π
- it - R.? M i'Fb/Sm
w„. /610137
Deckkappe 52 besteht. Das erste Halbleiterplättchen 28, das den Darlxngtontransistor enthält, und das dritte Halbleiterplättchen 50, das die Freilaufdiode 19 enthält, ist dabei, wie insbesondere in Figur 3 dargestellt, in gutem elektrischem und wärmeleitendem Kontakt auf die Sockelplatte 51 aufgelötet. Die Sockelplatte 51 bildet somit cien Verbindungspunkt 53 des Kollektors 29 des Darlingtontransistors LT mit ler Anode der Freilaufdiode 19. Das zweite Halbleiterplättchen 36, das den Steuerteil ST enthält, ist auf eine Keramikplatte 40 aufgeklebt, die ihrerseits auf die Sockelplatte 51 aufgeklebt
Durch die Sockelplatte 51 sind über Glaseinschmelzungen Fx, , Fp zwei pfostenartige metallische Anschlußleiter K., K2 isoliert hindurchgeführt.
Das erste Halbleiterplättchen 28 trägt, wie bereits erwähnt, an seiner Oberseite zwei metallische Anschlußkontakte 30 und 31, wobei der Anschlußkontakt 30 den Emitteranschluß und der Anschlußkontakt 31 den Basisarischluß des Darlingtontransistors LT bildet.
Das zweite Halbleiterplättchen 36 trägt an seiner Oberseite drei metallische Anschlußkontakte A, B und D. Der erste metallische Anschlußkontakt A dient dabei als Anschluß für das erste freie Ende des Spannungsteilers 35. Der zweite metallische Anschlußkontakt B dient als gemeinsamer Anschluß sowohl für das zweite freie Ende des Spannungsteilers 35 als auch für den Emitter des Steuertransistors 32. Der dritte metallische Anschlußkontakt D bildet den Kollektoranschluß des Steuertransistors 32.
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- f - R.? :· ■ ;Pb/Sm
' AA.
Das dritte Halbleiterplättchan 50 trägt an seiner Oberseite ■einen einzigen metallischen Anschlußkontakt 5^5 der den Kathodenanschluß der Freilaufdiode 19 bildet.
Die Keramikplatte i|0 trägt an ihrer Oberseite zwei Leiterbahnen 55 und 56, die in Dünnfilmtechnik oder in Dickfilmtechnik hergestellt sein können. Figur 3 zeigt diese Leiterbahnen in ihrer flächenhaften .Ausdehnung, während sie in Figur 2 schematisch als Anschlußflecken dargestellt sind.
Die elektrisch leitende Verbindung zwischen den an den Oberseiten der Halbleitcrplättchen 28 3 36 und 50 befindlichen metallischen Anschlußkontakten 3O3 31, A, B, D3 5*1, den pfostenartigen Anschlußleitern K\, K„ und den auf der Keramikplatte 40 angeordneten Leiterbahnen 55 > 56 wird durch Bonddrähte W3 W33 W33 W^3 W53 Wg3 W7 gebildet.
Dabei führt der erste Bonddraht W1 von der Deckfläche des ersten Anschlußleiters K. zum Emitteranschlußkontakt 30 des den Darlingtontransistor LT bildenden Halbleiterplättchens Der zweite Bonddraht Wp führt von der Deckfläche des zweiten Anschlußleiters K„ zu dem an der Oberseite des dritten HaIbleiterplättchens 50 befindlichen Kathodenanschlußkontakt 5^ der Freilaufdiode 19. Die Bonddrähte VL und Wp sind im Vergleich zu den übrigen Bonddrähten dick ausgebildet, da sie einen vergleichsweise hohen Strom aufnehmen müssen. Der dritte Bonddraht W- führt von der Deckfläche des ersten Anschlußleiters K. zum Anschlußkontakt B des zweiten Haxbleiterplättchens 36, der vierte Bonddraht Wj, von der Deckfläche des zweiten Anschlußleiters Kp zur zweiten Leiterbahn 56· Der fünfte Bonddraht W führt vom Basioanschlußkontakt 31 des ersten Halbleiterplättchens 28 zur ersten Leiterbahn 55} während der sechste Bonddraht W,- von der ersten Leiterbahn
• · /q
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- % - R.i ' r Fb/Sm
zum Anschlußkontakt D des zweiten Halbleiterplätfcchens 3β führt. Der siebente Bonddraht W7 führt von der zweiten Leiterbahn 56 sum Anschlußkontakt A des zweiten Halbleiterplättchens 36.
Die Erfindung ist nicht auf das anhand der Zeichnung beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. Der Spannungsregler R kann außer dem Leistungstransistor.LT und dem monolithisch integrierten Steuerteil ST weitere passive und/oder aktive Schaltungselemente enthalten, die in dem Gehäuse G untergebracht, insbesondere auf die Keramikplatte 40 aufgebracht sein können. Die passiven Schaltungselemente können dabei in Dünn- oder Dickschichttechnik, die aktiven Schaltungselemente in Form diskreter Bauelemente auf die Keramikplatte i!0 aufgebracht sein. Ferner kann in dem Steuerteil ST, der in dem zweiten Halbleiterplättchen J>6 untergebracht ist, außer den Schaltungselementen 32, 33, 3^ und 35 noch eine Vielzahl weiterer passiver und/oder aktiver Schaltungselemente monolithisch integriert sein, ohne daß der Grundgedanke der Erfindung verlassen wird. Diese Schaltungselemente können zusätzliche Funktionen enthalten, beispielsweise zur Frequenzgangkompensation oder zur Kompensation von Restströmen dienen. Bei der Verwendung weiterer Schaltungselemente, die nicht im Steuerteil ST monolithisch integriert sind, kann das Halbleiterplättchen 36 zu deren Anschluß an seiner Oberseite außer den Anschlüssen A, B und D weitere metallische Anschlußkontakte aufweisen. Zur elektrisch leitenden Verbindung der an den Oberseiten der Halbleiterplättchen 28, 36, 50 befindlichen metallischen Anschlußkontakte mit den pfostenartigen Anschlußleitern K1-, Kp können anstelle der Bonddrähte andere Verbindungsmittel vorgesehen sein.
. ./10
709839/0038
Leerseite

Claims (1)

  1. P Fb/Sni
    Ansprüche
    j 1./Hit stark wechselnden Drehzahlen antreibbarer, im Nebenschluß erregter Generator, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit einer zu seiner Nebenschluß-Feldwicklung (14) parallel liegenden Freilaufdiode (±9) und mit einem Spannungsregler (R), der einen mit seiner Emitter-Kollektor-Strecke zur Feldwicklung (14) in Reihe liegenden npn-Leistungstransistor (LT) und einen auf diesen einwirkenden Steuerteil (ST) aufweist, der einen gegenphasig zum Leistungstransistor (LT) arbeitenden npn-Steuertransistor (32) enthält, dessen Basis über eine als Spannungssollwertgeber dienende Z-Diode (31O mit Ausgangsspannung des Generators (10) oder mit einer zu dieser proportionalen Spannung verbunden ist, wobei zwei getrennte monolithisch integrierte Halbleiterplättchen (28, 36) vorgesehen sind, von denen das erste den Leistungstransistor (LT) und das zweite den Steuerteil (ST) enthält, dadurch gekennzeichnet, daß die in einem dritten Halbleiterplättehen (50) enthaltene Freilaufdiode (19) und der gesamte, den Leistungstransistor (LT) und den Steuerteil (ST) enthaltende Spannungsregler (R) in einem einzigen Gehäuse untergebracht sind, das aus einer metallischen Sockelplatte (51) und einer darauf aufgebrachten, das Gehäuse hermetisch dicht verschließenden
    ../11
    709839/0038
    Rp -. . , Pb/Sm
    « λ.
    Deckkappe (52) besteht, wobei die Sockelplatte (51) den gemeinsamen Verbindungspunkt (53) des Kollektors (29) des Leistungstransistors (LT) und der Anode der Freilaufdiode (19) mit dem einen Ende der Feldwicklung (14) des Generators (10) bildet und zwei beidseitig vorstehende, in ihr isoliert befestigte pfostenartige Anschlußleiter (K., Kp) enthält, von denen einer (K1) als Anschluß für den Emitter des Leistungstransistors (LT) dient und der andere (K?) zur Verbindung der Kathode der Freilaufdiode (19) mit dem anderen Ende der- Feldwicklung (14) vorgesehen ist.
    2. Generator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erste (28) und das dritte (50) Halbleiterplättchen jeweils einseitig in elektrischem und wärmeleitendem Kontakt direkt auf der Sockelplatte (51) befestigt, beispielsweise auf diese gelötet oder gebondet, sind und daß das zweite Halbleiterplättchen (36) auf die Oberseite einer Keramikplatte (40) aufgebracht ist, die mit ihrer Unterseite ebenfalls auf der Sockelplatte (51) befestigt ist.
    3- Generator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrisch leitende Verbindung zwischen den an den Oberseiten der Halbleiterplättchen (28, 36, 50) befindlichen metallischen Anschlußkontakten (30, 31, A, B, D, 54) und den pfostenärtigen Anschlußleitern (K., Kp) Bonddrähte enthält.
    709839/0038 _/12
    R.-.' ι 1 "Fb/Sm
    1K Generator nach Anspruch 3 j dadurch gekennzeichnet, daß die elektrisch leitende Verbindung zwischen den an den Oberseiten der Halbleiterplättehen (28, 36, 50) befindlichen metallischen Anschlußkontakten (30, 31, A, B. D, 54) und den pfostenartigen Anschlußleitern (K., K„) außer den Bonddräten (VL, W„, W7, W1., W1-, Wg, W7) als Zwischenverbindungsstücke dienende Leiterbahnen (55, 56) enthält, die auf die Oberseite der Keramikplatte ('4O) aufgebracht sind und jeweils zusammen mit zwei Bonddrähten (Wp., W^; W1., W7), die an diesen Leiterbahnen (55» 56) enden, eine vollständige elektrisch leitende Verbindung bilden.
    5. Generator nach Anspruch k, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterbahnen (55» 56) in Dünn- oder Dickschichttechnik auf die Keramikplatte (HO) aufgebracht sind.
    6. Generator nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Leistungstransistor (LT) als Darlingtontransistor ausgebildet ist.
    ZJ-. 2 ,
    70 9839/00 38
DE19762610137 1976-03-11 1976-03-11 Generator mit freilaufdiode und spannungsregler Ceased DE2610137A1 (de)

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