Guía del experto sobre disipadores de calor de aluminio: todo lo que necesita saber

Tómate un momento y mira a tu alrededor. El router wifi parpadeante en la esquina, la potente computadora en tu escritorio, el televisor inteligente en tu sala de estar e incluso el auto que conduces: todos dependen de un héroe silencioso y anónimo: el disipador de calor de aluminio. Esta simple pieza de metal es uno de los componentes más críticos en la electrónica moderna, impidiendo silenciosamente que el corazón digital de nuestro mundo se derrita. Es el ejemplo definitivo de ingeniería de "configúralo y olvídate". Pero hay algo que la mayoría de la gente no sabe: no todos los disipadores de calor son iguales. Elegir el incorrecto es como ponerle neumáticos de bicicleta a un auto de carreras. Puede provocar una frustrante limitación del rendimiento, una vida útil del producto drásticamente acortada o incluso una falla catastrófica y costosa. La diferencia entre un producto confiable y uno fallido a menudo se reduce a este único componente que se pasa por alto.

Un disipador de calor de aluminio es un dispositivo de gestión térmica que disipa el calor de un componente electrónico al aire circundante. Es popular porque el aluminio ofrece un equilibrio excepcional entre conductividad térmica, ligereza y bajo coste. Al maximizar su superficie con aletas, un disipador de calor utiliza la convección y la conducción naturales para mantener refrigerados los componentes críticos, garantizando así el rendimiento y la fiabilidad a largo plazo para innumerables aplicaciones electrónicas.

¿Cómo navegar en este mundo de aletas, aleaciones y procesos de fabricación? ¿Cómo saber si un simple bloque extruido es suficiente o si necesita una solución de alto rendimiento y diseño personalizado? Esta guía experta le mostrará el mundo de los disipadores de calor de aluminio. Exploraremos por qué el aluminio es el rey de la refrigeración, cómo se fabrican los diferentes tipos, cuál es el adecuado para usted y cómo la colaboración con un experto en refrigeración puede liberar todo el potencial de su producto. Profundicemos en el tema.

¿Qué es un disipador de calor de aluminio y por qué es tan popular?

Un disipador de calor de aluminio es un dispositivo de refrigeración pasivo que transfiere el calor generado por un componente electrónico a un fluido, generalmente aire. Su popularidad se debe a que el aluminio ofrece la gestión térmica ideal: conduce muy bien el calor, es ligero, se fabrica fácilmente en formas complejas y es increíblemente rentable. Esta combinación única de propiedades lo convierte en el material predilecto para más del 90 % de las aplicaciones de refrigeración.

 

La ciencia simple de la disipación del calor

El trabajo de un disipador de calor parece simple, pero se basa en dos principios fundamentales de la física que trabajan en perfecta armonía:

1. Conducción: Primero, el calor se transfiere del componente caliente (como una CPU) directamente a la base plana del disipador. Esto ocurre porque ambas superficies están en contacto directo. Imagínate que el mango de una sartén caliente calienta tu mano: el calor se conduce directamente.
2. Convección: A continuación, el calor se propaga desde la base hacia las aletas. Estas aletas están diseñadas para tener una superficie enorme. El aire que toca las aletas calientes se calienta, se vuelve menos denso y asciende naturalmente. Esto atrae aire más frío y denso, creando un flujo de aire lento, continuo y silencioso que disipa el calor.

Cuanto mayor sea la superficie de las aletas, más rápido se producirá este proceso de convección y más frío se mantendrá el componente.

¿Por qué aluminio? El equilibrio perfecto entre precio, peso y rendimiento.

Si bien materiales como el cobre e incluso el diamante son mejores conductores térmicos, el aluminio sigue siendo el campeón indiscutible para la mayoría de las aplicaciones. He aquí por qué:

• Excelente relación conductividad-peso: El aluminio es un excelente conductor de calor. Si bien no es tan bueno como el cobre, es mucho más ligero, lo que lo hace ideal para aplicaciones donde el peso es un factor importante.
• Rentabilidad: El aluminio es abundante y relativamente económico. Esto permite crear soluciones de refrigeración eficaces sin aumentar significativamente el coste del producto final.
• Facilidad de fabricación: El aluminio es un metal blando y maleable. Se puede extruir, mecanizar o forjar fácilmente para obtener las complejas geometrías de aletas necesarias para un rendimiento óptimo. Se suelen utilizar aleaciones específicas como la 6061 y la 6063, ya que ofrecen la mejor combinación de propiedades térmicas y trabajabilidad.

Terminología clave que debes conocer

Para hablar de disipadores de calor como un experto, es necesario conocer el lenguaje:

• Resistencia Térmica (R_th): Esta es la métrica más importante. Se mide en °C/W e indica cuántos grados Celsius aumentará la temperatura de un disipador de calor por cada vatio de calor que absorba. Un número menor siempre es mejor.
• Eficiencia de las aletas: Esto mide la eficacia con la que las aletas transfieren calor al aire en comparación con una aleta ideal con una conductividad térmica perfecta. Las aletas más altas y delgadas a veces pueden ser menos eficientes en sus puntas.
• Potencia de diseño térmico (TDP): Esta es la cantidad máxima de calor (en vatios) que se espera que genere un componente y que el sistema de enfriamiento necesita disipar.

¿Cómo se fabrican los disipadores de calor de aluminio?

Los disipadores de calor de aluminio se fabrican mediante diversos procesos de fabricación, cada uno con resistencias únicas, adecuadas para diferentes aplicaciones y necesidades de rendimiento. El método más común es la extrusión, un proceso rentable para la producción a gran escala. Para diseños más complejos y de alto rendimiento, se emplean técnicas avanzadas como el mecanizado CNC, el biselado y el forjado para crear formas intrincadas y maximizar la superficie de refrigeración, garantizando así la solución ideal para cualquier desafío térmico.

Extrusión: el caballo de batalla de la industria

Este es el método más popular y rentable. Funciona como una prensa para galletas. Un trozo calentado de aleación de aluminio, llamado tocho, se introduce a presión en una matriz moldeada. El resultado es una pieza larga de aluminio con el mismo perfil transversal que las aletas del disipador de calor. Posteriormente, se corta a la longitud deseada.

La extrusión es ideal para crear grandes cantidades de disipadores de calor con diseños uniformes. Es altamente eficiente, lo que reduce los costos. Sin embargo, presenta limitaciones en cuanto al grosor y la altura de las aletas, lo que puede limitar su rendimiento térmico máximo.

Mecanizado CNC: para máxima precisión y geometrías complejas

Para las aplicaciones más exigentes, se talla con precisión un bloque sólido de aluminio mediante una máquina de Control Numérico Computarizado (CNC). Este proceso ofrece una libertad de diseño prácticamente ilimitada. Permite crear complejos patrones de aletas, orificios de montaje únicos y bases ultraplanas para un contacto perfecto con el componente.

En Walmate Thermal, nuestras avanzadas capacidades de mecanizado CNC nos permiten producir disipadores de calor altamente personalizados, adaptados a las especificaciones exactas de nuestros clientes. Esto es esencial para industrias de alta tecnología como la aeroespacial, la de dispositivos médicos y la informática de alto rendimiento, donde una solución estándar simplemente no es suficiente.

Aletas desbastadas y adheridas: para aplicaciones de alta densidad

Cuando se necesita la máxima superficie en un espacio muy reducido, el biselado es la solución. Esta increíble técnica utiliza una herramienta de corte especial para raspar aletas ultrafinas y densamente compactadas de un bloque sólido de aluminio o cobre. Las aletas permanecen como parte de la base, garantizando una perfecta integridad térmica.

Como tecnología clave en Walmate Thermal, los disipadores de calor de aletas biseladas nos permiten ofrecer un rendimiento de refrigeración superior para dispositivos electrónicos compactos de alta potencia. Un método similar de alto rendimiento es el de "aletas adheridas", en el que las aletas individuales se fijan a una base mediante una resina epoxi resistente y termoconductora o soldadura fuerte, lo que permite aletas muy altas y combinaciones de metales híbridos.

Estampación y forja: para grandes volúmenes y formas únicas

Stamping Se utiliza para crear aletas delgadas y livianas a partir de láminas de aluminio, que a menudo se utilizan en productos electrónicos de consumo de gran volumen. Forja Es un proceso en el que el aluminio se martilla o se presiona para darle forma bajo una inmensa presión, lo que da como resultado una estructura fuerte y sin huecos que es ideal para ciertos entornos de alta vibración.

¿Cuáles son los diferentes tipos de disipadores de calor de aluminio?

Existen varios tipos de disipadores de calor de aluminio, cada uno diseñado para requisitos térmicos específicos. El más común es el disipador de calor extruido, el estándar de la industria para uso general. Para aplicaciones más exigentes, los disipadores de calor con aletas biseladas ofrecen la máxima superficie en espacios reducidos. Para las cargas térmicas más elevadas, los conjuntos de tubos de calor combinan tubos de calor de aluminio con tubos de calor de cobre para optimizar el rendimiento, ofreciendo una solución para prácticamente cualquier nivel de potencia.

Profundizando: Explorando la familia de disipadores de calor

Comprender los diferentes tipos es clave para elegir el adecuado. Analicemos las categorías principales:

• Disipadores de calor extruidos: Estos son los disipadores de calor clásicos y familiares que se ven por todas partes. Ofrecen un buen rendimiento para aplicaciones de bajo a medio consumo y son increíblemente rentables para producir en grandes volúmenes. Sin embargo, su diseño se limita a un único patrón 2D.
• Disipadores de calor con aletas biseladas: Como ya se mencionó, estos son campeones en rendimiento. La capacidad de crear aletas muy delgadas, altas y densamente compactadas significa que pueden disipar mucho más calor en un espacio más pequeño en comparación con una pieza extruida. Son ideales para dispositivos potentes con limitaciones de espacio.
• Conjuntos de tubos de calor: Se trata de una tecnología híbrida para una refrigeración eficiente. Estos ingeniosos dispositivos integran tubos de cobre sellados que contienen una pequeña cantidad de líquido en una base de aluminio. El líquido se vaporiza en el extremo caliente, transfiere el calor instantáneamente a las aletas del enfriador y se condensa. Este "enfriamiento por cambio de fase" es extremadamente eficiente para disipar el calor de una fuente concentrada. Walmate se especializa en estos complejos ensamblajes para procesadores de alto TDP.
• Disipadores de calor con aletas estampadas y plegadas: Se fabrican a partir de láminas de aluminio estampadas y luego unidas o dobladas. Son muy ligeras y económicas de fabricar en grandes cantidades, lo que las hace comunes en la electrónica de consumo y la iluminación LED.

Para que la elección sea más clara, aquí hay una comparación directa de los tipos más comunes:

Tipo de disipador de calor	Ventaja clave	Mejor caso de uso	Coste relativo	Flexibilidad de diseño
Extrusionado	Bajo costo, alto volumen	Electrónica general, fuentes de alimentación, routers	$	Bajo (perfil 2D)
Aleta raspada	Alta densidad de aletas, excelente rendimiento	Servidores compactos, LED de alta potencia, sistemas integrados	$ $ $	Moderado
Conjunto de tubo de calor	Propagación superior del calor, alto TDP	CPU/GPU de alta gama, ordenadores industriales	$ $ $ $	Alto (Personalizado)
Aleta estampada	Muy bajo costo, ligero	Electrónica de consumo, componentes de automoción	$	Moderado

¿Qué es mejor: disipadores de calor de aluminio o de cobre?

Elegir entre aluminio y cobre depende de sus prioridades. Para la mayoría de las aplicaciones, el aluminio es mejor debido a su excelente combinación de bajo costo, ligereza y buen rendimiento térmico. Sin embargo, para aplicaciones de alta potencia, donde la máxima transferencia de calor es crucial y el costo es una preocupación menor, la conductividad térmica superior del cobre lo convierte en el claro ganador en cuanto a rendimiento. A menudo, la mejor solución es una combinación de ambos.

Los sólidos argumentos a favor del aluminio

Para la gran mayoría de dispositivos electrónicos, el aluminio es la opción ideal. Analicemos su combinación ganadora de características:

• Costo: El aluminio es significativamente más barato que el cobre. Este suele ser el factor decisivo, especialmente para productos fabricados a gran escala.
• Peso: El aluminio tiene aproximadamente un tercio de la densidad del cobre. Un disipador de calor de cobre del mismo tamaño es mucho más pesado, lo que puede suponer un problema importante en dispositivos portátiles o sistemas donde la tensión de la placa es un factor importante.
• Maquinabilidad: El aluminio es más fácil y rápido de mecanizar y extruir, lo que reduce aún más los costos de fabricación y los plazos de entrega.

Debido a estos factores, si un disipador de calor de aluminio puede satisfacer sus requisitos térmicos, casi siempre es la solución más práctica y económica.

El caso del cobre como alternativa de rendimiento

La física es innegable: el cobre es un superpoder térmico. Tiene aproximadamente el doble de conductividad térmica que el aluminio. Esto significa que puede absorber el calor de un componente y distribuirlo por su base mucho más rápido. Esto es crucial al trabajar con procesadores con una potencia de diseño térmico (TDP) muy alta, donde el calor se genera en un área pequeña y concentrada. Si no se puede disipar ese calor con la suficiente rapidez, el chip se sobrecalentará, independientemente de la calidad de las aletas.

Piénsalo así: si tu fuente de calor es un punto diminuto e incandescente, necesitas un material que actúe como una esponja y absorba ese calor intenso al instante. Esa es la función del cobre. El aluminio es mejor en la segunda parte: disipar ese calor en una gran área al aire.

Lo mejor de ambos mundos: soluciones híbridas de cobre y aluminio

Aquí es donde la ingeniería térmica experta entra en juego. Dado que cada metal destaca en una etapa diferente del proceso de enfriamiento, ¿por qué no combinarlos? Las soluciones térmicas de alto rendimiento suelen utilizar un diseño híbrido:

• Una **base de cobre** sólida se coloca directamente sobre el componente caliente para disipar rápidamente el calor.
• Luego se unen o sueldan a la base de cobre unas aletas de aluminio livianas para proporcionar una superficie grande y rentable para disipar el calor en el aire.

Este enfoque personalizado le ofrece la absorción de calor de alto rendimiento del cobre sin el peso ni el coste añadidos. Es un ejemplo perfecto de por qué una solución diseñada a medida por un experto como Walmate Thermal suele ser superior a una pieza genérica de un solo material.

¿Cómo elegir el disipador de calor de aluminio adecuado?

Elegir el disipador de calor de aluminio adecuado es un proceso sistemático. Comienza calculando el presupuesto térmico: la cantidad de calor que necesita disipar y la temperatura máxima que su componente puede tolerar. A continuación, debe considerar las limitaciones físicas de su diseño, como el espacio disponible y el flujo de aire. Finalmente, usar software de simulación térmica para modelar el rendimiento antes de la producción es la mejor manera de garantizar que ha tomado la decisión correcta, evitando costosos ensayos y errores.

Paso 1: Definición de su presupuesto térmico (carga térmica y temperatura máxima)

Antes de mirar un solo disipador de calor, necesita conocer dos números:

1. La carga térmica (TDP): ¿Cuántos vatios genera su componente a carga máxima? Puede consultar esta información en la hoja de datos del componente.
2. La temperatura máxima de unión (T_j-máx): ¿Cuál es la temperatura interna máxima que el componente puede alcanzar con seguridad? Esto también se encuentra en la hoja de datos.

También necesita conocer la temperatura ambiente máxima de funcionamiento. Con estos datos, puede calcular la resistencia térmica requerida de su disipador. Si el requisito calculado es inferior a la que un disipador específico puede proporcionar, sabrá que no es la opción correcta.

Paso 2: Considerar el espacio, el flujo de aire y un ventilador

El rendimiento de un disipador de calor no es absoluto; depende enteramente de su entorno.

• Limitaciones de espacio: ¿Cuánto espacio físico (largo x ancho x alto) tiene disponible para la solución de refrigeración? Esto limitará inmediatamente sus opciones.
• Flujo de aire: ¿El disipador de calor se encuentra en un entorno abierto o en una caja sellada? ¿Habrá flujo de aire natural o estará estancado? La cantidad de flujo de aire es uno de los factores más importantes en el rendimiento real de un disipador de calor.
• Pasivo vs. Activo: ¿El disipador será pasivo (basado en la convección natural) o activo (con un ventilador)? Añadir incluso un ventilador pequeño y lento puede duplicar o triplicar su eficacia.

Paso 3: El poder de la simulación térmica (CFD/FEA)

Antes, los ingenieros solían basarse en conjeturas y costosos prototipos físicos. Hoy en día, utilizamos software potente para acertar a la primera. Los programas de **Dinámica de Fluidos Computacional (CFD)** y **Análisis de Elementos Finitos (FEA)** nos permiten crear un gemelo digital de su dispositivo. Podemos simular cómo fluirá el calor desde el componente, a través del disipador térmico y hacia el aire.

Este es un servicio fundamental que ofrecemos en Walmate Thermal. Nuestro equipo de ingeniería térmica puede modelar diferentes diseños de disipadores de calor en su entorno virtual para identificar la solución más eficaz y rentable *antes* de cortar cualquier metal. Esto les ahorra a nuestros clientes un tiempo y costos de desarrollo invaluables.

Paso 4: Decidir entre una pieza estándar o un diseño personalizado

Para proyectos sencillos de bajo consumo, un disipador de calor estándar puede ser suficiente. Sin embargo, si su producto tiene limitaciones de espacio, una alta carga térmica o características de flujo de aire únicas, una solución a medida es casi siempre la mejor opción. Un disipador de calor a medida está diseñado para adaptarse perfectamente a su producto, garantizando un rendimiento térmico óptimo, estabilidad mecánica y fiabilidad a largo plazo. Si bien puede tener un coste inicial de herramientas, suele reducir el coste total de propiedad al evitar fallos en campo y mejorar el rendimiento del producto.

¿Qué acabados superficiales se utilizan en los disipadores de calor de aluminio y por qué?

Los acabados superficiales se aplican a los disipadores de calor de aluminio por dos razones principales: protección y rendimiento. El acabado más común es el anodizado, que crea una superficie dura y resistente a la corrosión y puede mejorar ligeramente la radiación térmica. Otros acabados, como el recubrimiento en polvo, proporcionan aislamiento eléctrico o una coloración estética, mientras que los recubrimientos de conversión de cromato se utilizan para proteger el aluminio y mantener su conductividad eléctrica. Un acabado adecuado garantiza la longevidad y la fiabilidad del disipador de calor.

Anodizado: el acabado más común para la resistencia a la corrosión y la emisividad

El anodizado es un proceso electroquímico que crea una capa duradera y resistente a la corrosión de óxido de aluminio sobre la superficie. Esto protege el disipador de calor de la humedad y otros factores ambientales que podrían degradarlo con el tiempo.

También ofrece una ventaja térmica. En los disipadores pasivos que dependen de la convección natural, una parte significativa del calor se disipa por radiación. El aluminio bruto es bastante brillante y un radiador deficiente. El **anodizado negro** aumenta drásticamente la emisividad de la superficie, lo que le permite radiar el calor con mayor eficacia. Esto puede mejorar el rendimiento de un disipador pasivo entre un 5 % y un 15 %.

Recubrimiento y pintura en polvo: para estética y aislamiento eléctrico

Aunque no es ideal para el rendimiento térmico (la pintura puede actuar como aislante), el recubrimiento en polvo se utiliza a veces cuando se requiere un color específico para la marca o cuando el disipador de calor necesita aislarse eléctricamente de otros componentes. Crea un acabado grueso y duradero. Sin embargo, la reducción del rendimiento térmico debe tenerse en cuenta durante la fase de diseño.

Recubrimiento de conversión de cromato: para imprimación y máxima conductividad

Este es un tratamiento químico que crea una fina capa protectora sobre el aluminio. A diferencia del anodizado, una capa de conversión de cromato (como Alodine o Iridite) mantiene la conductividad eléctrica de la superficie. Esto es fundamental en aplicaciones donde el disipador de calor también forma parte de la conexión a tierra del dispositivo. Además, proporciona una excelente base para pintar si es necesario.

Por qué el acabado correcto es importante para el rendimiento y la confiabilidad

Elegir un acabado superficial no es solo una decisión estética. Un acabado inadecuado puede afectar el rendimiento térmico o no proteger el disipador de calor en un entorno hostil. Por ejemplo, usar un anodizado estándar en un entorno marino salado podría provocar corrosión prematura. Parte del proceso de diseño experto consiste en seleccionar un acabado que equilibre las necesidades térmicas, la protección ambiental y el costo para garantizar la fiabilidad del producto durante toda su vida útil.

Preguntas Frecuentes (FAQ)

1. ¿El color de un disipador de calor de aluminio realmente importa para el rendimiento?

Sí, se puede. En el caso de disipadores pasivos (sin ventilador), un acabado anodizado negro irradia el calor con mayor eficacia que un acabado de aluminio transparente o sin tratar, lo que puede mejorar el rendimiento. En el caso de disipadores activos con ventilador, el efecto es insignificante, ya que la convección forzada es el modo predominante de transferencia de calor.

2. ¿Qué es el material de interfaz térmica (TIM) y lo necesito siempre?

El TIM es una pasta, almohadilla o grasa que se aplica entre el componente y la base del disipador de calor. Rellena los microespacios de aire para garantizar una transferencia de calor eficiente. Sí, casi siempre es necesario. Sin TIM, el rendimiento puede reducirse entre un 30 % y un 50 %.

3. ¿Puedo cortar o perforar un disipador de calor de aluminio yo mismo?

Aunque es posible, generalmente no se recomienda. Taladrar o cortar puede crear rebabas que impiden que el disipador de calor quede plano, lo que afecta su rendimiento. Para modificaciones personalizadas, lo mejor es trabajar con un fabricante como Walmate para que las realice con maquinaria de precisión.

4. ¿Qué importancia tiene el flujo de aire para un disipador de calor de aluminio pasivo?

Es absolutamente crucial. Un disipador de calor pasivo en una caja sellada sin flujo de aire se saturará rápidamente y dejará de funcionar eficazmente. El diseño de la carcasa del producto debe permitir una vía libre para la entrada de aire frío y la salida de aire caliente.

5. ¿Siempre es mejor un disipador de calor de aluminio más pesado o más grande?

No necesariamente. Un disipador de calor más grande tiene mayor superficie, lo cual es positivo, pero un disipador de calor grande mal diseñado puede ser superado por uno más pequeño pero con un diseño inteligente (por ejemplo, un conjunto de aletas biseladas o tubos de calor). La eficiencia del diseño suele ser más importante que el tamaño real.

6. ¿Cuál es la diferencia entre un disipador de calor y una placa fría líquida?

Un disipador de calor transfiere calor al aire. Una placa de refrigeración líquida, otro producto esencial de Walmate, transfiere calor a un líquido que se bombea a través de ella. La refrigeración líquida es una tecnología mucho más potente que se utiliza para cargas térmicas muy altas, donde la refrigeración por aire ya no es eficaz.

7. ¿Por qué necesitaría un disipador de calor diseñado a medida en lugar de uno estándar?

Necesita un diseño personalizado cuando su producto tiene limitaciones de espacio únicas, requisitos de alto rendimiento o desafíos ambientales específicos. Una solución a medida garantiza un ajuste perfecto y un rendimiento óptimo, algo que una pieza genérica no puede garantizar.

8. ¿Qué significa “Sin MOQ” para un pedido de disipador de calor personalizado?

La "Cantidad Mínima de Pedido" es una ventaja clave de Walmate Thermal. Esto significa que podemos producir su diseño personalizado, ya sea que necesite pocas unidades para prototipado o decenas de miles para producción en masa, ofreciéndole máxima flexibilidad.

Conclusión: Su socio para una gestión térmica perfecta

Como hemos visto, el disipador de calor de aluminio es un componente crítico y de alta ingeniería. Es mucho más que una simple pieza de metal. La solución de refrigeración óptima para cualquier producto depende de un equilibrio preciso entre el material adecuado, el proceso de fabricación más eficaz y un diseño inteligente y validado. Si bien un disipador de calor genérico y comercial puede parecer una solución fácil, a menudo supone un compromiso que puede poner en riesgo el rendimiento y la fiabilidad del producto.

Para garantizar que su dispositivo funcione a baja temperatura bajo presión, se mantenga confiable durante años y sea rentable a gran escala, una solución diseñada a medida es la mejor opción. Aquí es donde un verdadero socio térmico marca la diferencia.

No permita que los desafíos térmicos se conviertan en la ruina de su producto.
At Walmate ThermalSomos su socio integral para soluciones térmicas. Combinamos simulación térmica avanzada, una amplia gama de capacidades de fabricación (desde extrusión hasta desbastado de alto rendimiento) y un riguroso control de calidad con certificación ISO9001/IATF16949 para ofrecerle el disipador de calor de aluminio personalizado perfecto para sus necesidades.

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