CN102005657B - 挠性线束、电连接部件、电气电子部件模块及电连接方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种挠性线束、电连接部件、电气电子部件模块及电连接方法，该挠性线束能够装卸，并且不使用以往的插座就能够使挠性线束的导体图案的端部与电气电子部件的电极焊盘稳定地接触。本发明的挠性线束相对于电气电子部件的电极焊盘能够装卸，其特征在于，具备具有挠性的绝缘膜、形成于上述绝缘膜上的导体图案以及在上述导体图案的端部的接点区域形成的接点部件，上述接点部件具有以能够弹性变形的树脂为芯并用导电层覆盖上述芯的球形状。

Description

挠性线束、电连接部件、电气电子部件模块及电连接方法
技术领域
本发明涉及由在绝缘膜上形成有导体图案的挠性印刷电路板构成的挠性线束，特别是涉及用于电连接印刷电路板或集成电路(IC)芯片等的电气电子部件之间的能够装卸的挠性线束以及使用其的电连接部件。
背景技术
经常使用挠性线束来进行印刷电路板或集成电路芯片等电气电子部件之间的电连接。挠性线束由在具有挠性的绝缘膜上形成有导体图案的挠性印刷电路板构成，通过使构成导体图案的各线的端部与上述电气电子部件的电极焊盘接触、导通，从而在印刷电路板或芯片等部件之间进行电连接。此外，由于挠性线束能够装卸，能够简便地更换所连接的电气电子部件或装置(例如，装置的内置部件和周边装置等)，从而具有提高在电气电子设备的组装工序中的操作性的优点。
当将挠性线束与电气电子部件连接时，导体图案的各线的端部与电气电子部件的电极焊盘稳定地接触并导通极为重要。因此，一般在电气电子部件上设置有用于对挠性线束的各线的端部施加负载并与之嵌合的插座(承受连接器)。
作为插座的一个例子，公开有如下结构，与印刷电路板或集成电路芯片等的部件电连接的具有弹性的多根导体(以模具等制成的金属导体电极)与塑料部件嵌合，在将挠性线束嵌合在插座中时，插座中的具有弹性的各个导体挤压挠性线束的各线端部(例如，参照专利文献1)。
作为连接器结构的其它例子，公开有如下连接器结构，将在表面具有导电体的凸型绝缘性部件设置在插座一侧，将在表面具有导电体且能够与该凸型部件嵌合的凹部设置在挠性线束一侧，通过嵌合上述凹部与上述凸型部件来进行电连接(例如，参照专利文献2)。
此外，由于插座的导体接点部分承受被挠性线束的各线的端部挤压的应力，因此有时在挠性线束的接触面背面一侧粘合加强用的刚性基板。
专利文献1：日本特开平6-68940号公报
专利文献2：日本特开平11-31543号公报
近年来，在集成电路芯片等电子部件中小型化和多针化(端子的窄间距化)的进展显著。另一方面，以往的插座是如上所述使具有弹性的导体嵌合在塑料部件中之类的结构，与集成电路芯片等相比存在难以小型化和多针化的问题。特别是在要实现排列成栅格状(多个列、多个行的格子点状，例如，插针栅格阵列或焊盘栅格阵列(land grid array)等)的接点结构的情况下，存在使用具有弹性的导体来形成栅格状的接点结构本身较为困难，即使能够成形制造成本也变得非常高等问题。
对于这种问题，考虑去除插座本身而使挠性线束的各线端部与电气电子部件的电极焊盘直接接触。然而，由于挠性线束的各线的端部未构成为具有弹性的结构，因此施加在接点上的负载(表面压力)容易变得不稳定，可以预见到由于在电气电子部件的电极焊盘中的微小的高度不均等影响，难以稳定地保持电连接。例如，在印刷电路板上存在翘曲的情况下，由于在接点部分没有弹性结构，因此存在容易产生未接触端子的问题。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种挠性线束及使用该挠性线束的电连接部件和电连接方法，该挠性线束是能够装卸，并且不使用以往的插座而能够稳定地使挠性线束的导体图案的端部与电气电子部件的电极焊盘接触。
本发明为实现上述目的，提供一种挠性线束，该挠性线束相对于电气电子部件的电极焊盘能够装卸，其特征在于，具备具有挠性的绝缘膜、形成于上述绝缘膜上的导体图案以及在上述导体图案的端部的接点区域形成的接点部件，上述接点部件具有以能够弹性变形的树脂为芯并用导电层覆盖上述芯的球形状。
此外，本发明为实现上述目的，能够对上述的本发明的挠性线束附加如下所述的改进和变更。
(1)上述接点部件通过焊锡固定在上述导体图案的上述接点区域。
(2)上述导体图案包括：形成于上述绝缘膜的一个面上并与上述电极焊盘连接的多个信号线；和形成于上述绝缘膜的另一个面上的接地线。
(3)上述导电层是多层结构。
(4)上述芯的树脂为热固性酚醛树脂。
(5)提供一种使用本发明的挠性线束电连接的电气电子部件模块。
此外，本发明为实现上述目的，提供一种电连接部件，该电连接部件与电气电子部件的电极焊盘接触且能够装卸，其特征在于，具备：具备具有挠性的绝缘膜、形成于上述绝缘膜上的导体图案以及在上述导体图案的端部的接点区域形成的接点部件，并且上述接点部件用导电层覆盖能够弹性变形的树脂芯的球形状的挠性线束；配设在上述绝缘膜中与上述接点区域的面相反的一侧的面上，并具有弹性的第一片状部件；用于通过上述第一片状部件按压整个上述接点区域并具有刚性的第一板状部件；以及用于固定上述第一板状部件、上述第一片状部件、上述接点部件和上述电极焊盘的固定夹具。
此外，本发明为实现上述目的，能够对上述的本发明的电连接部件附加如下所述的改进和变更。
(6)还具备：配设在上述电气电子部件的与形成有上述电极焊盘的面相反的一侧的面上，并具有弹性的第二片状部件；以及用于通过上述第二片状部件按压整个上述接点区域并具有刚性的第二板状部件。
(7)上述第一板状部件与上述第二板状部件中的至少一个板簧。
(8)还具备用于进行上述接点部件与上述电极焊盘在面内方向上的对位的对位部件。
(9)提供一种使用本发明的电连接部件电连接的电气电子部件模块。
此外，本发明为实现上述目的，提供一种电连接方法，该电连接方法使电气电子部件的电极焊盘与电线束电连接且能够装卸，其特征在于，使用挠性线束作为上述电线束，该挠性线束具备具有挠性的绝缘膜、形成于上述绝缘膜上的导体图案以及在上述导体图案的端部的接点区域形成的接点部件，并且上述接点部件具有用导电层覆盖能够弹性变形的树脂芯的球形状，在上述绝缘膜中与上述接点区域的面相反的一侧的面上配设具有弹性的第一片状部件，使用具有刚性的第一板状部件通过上述第一片状部件按压整个上述接点区域，并且固定上述接点部件与上述电极焊盘。
此外，本发明为实现上述目的，能够对上述的本发明的电连接方法附加如下所述的改进和变更。
(10)还在上述电气电子部件的与形成有上述电极焊盘的面相反的一侧的面上配设具有弹性的第二片状部件，进而使用具有刚性的第二板状部件通过上述第二片状部件按压整个上述接点区域，并且固定上述接点部件与上述电极焊盘。
(11)上述第一板状部件与上述第二板状部件中的至少一个为板簧，在夹住按压固定之前的形状为朝向上述接点区域的凸状，在夹住按压固定之后的状态为平坦的板状。
(12)使用对位部件在进行了上述接点部件与上述电极焊盘在面内方向上的对位的状态下进行夹住按压固定。
发明的效果如下。
本发明能够提供一种挠性线束，该挠性线束能够装卸，并且不使用以往的插座就能够使挠性线束的导体图案的端部与电气电子部件的电极焊盘接触。此外，能够提供使用该挠性线束的电连接部件和电连接方法。
附图说明
图1是表示本发明的第一实施方式的挠性线束的一个例子的立体图。
图2A是图1所示的挠性线束的接点区域的横向剖面模式图。
图2B是表示接点部件的一个例子的剖面模式图。
图3是表示连接第一实施方式的挠性线束与印刷电路板的电极焊盘的状态的一个例子的横向剖面模式图，图3(a)表示分离状态，图3(b)表示连接状态。
图4是表示本发明的第二实施方式的电连接部件以及与印刷电路板的连接方法的一个例子的立体图。
图5A是在图1所示的挠性线束与印刷电路板的电极焊盘的连接中，引起接触不良的情况下的接点区域的横向剖面模式图。
图5B是在图4所示的电连接部件与印刷电路板的电极焊盘的连接中接点区域的横向剖面模式图。
图6是表示连接第二实施方式的电连接部件与印刷电路板的电极焊盘的状态的其它的一个例子的横向剖面模式图，图6(a)表示分离状态，图6(b)表示连接状态。
图7是表示本发明的第三实施方式的电连接部件以及与印刷电路板的连接方法的一个例子的立体图。
图8是表示连接第三实施方式的其它的电连接部件与印刷电路板的电极焊盘的状态的一个例子的横向剖面模式图，图8(a)表示夹住按压前的状态，图8(b)表示夹住按压后的状态。
图9是表示本发明的第四实施方式的电连接部件以及与印刷电路板的连接方法的一个例子的立体图。
图10是表示将本发明的电连接部件用于集成电路芯片与印刷电路板的连接的例子的立体图。
图11是表示将本发明的电连接部件用于连接器与印刷电路板的连接的例子的立体图。
图中：
100-挠性线束，200、300、301、400-电连接部件，1-绝缘膜，2-信号线，3-接地线，4-导体图案，5-接点区域，6、14、15-接点部件，7-芯，8-导电层，9-基底层，10-接点层，11、16-焊锡，12-印刷电路板，13-电极焊盘，21-第一片状部件，22、33-第一板状部件，23、24...固定夹具，31-第二片状部件，32、34-第二板状部件，41-对位部件，42-对位用凸部，43、44、45、46-对位用贯通孔。
具体实施方式
下面，参照附图对本发明的实施方式进行说明。此外，本发明并不限定于在此举出的实施方式，而是在不改变发明主旨的范围内能够适当地进行组合和改进。此外，对相同的部件、部位标示相同的附图标记并省略重复的说明。
本发明的第一实施方式
挠性线束的结构
图1是表示本发明的第一实施方式的挠性线束100的一个例子的立体图。图2A是图1所示的挠性线束100的接点区域5的横向剖面模式图，图2B是表示接点部件6的一个例子的剖面模式图。
如图1～图2B所示，第一实施方式的挠性线束100在具有挠性的绝缘膜1上形成有导体图案4，在导体图案4的端部的接点区域5具备球状的接点部件6。作为绝缘膜1能够使用用于通常的挠性印刷电路板(FPC)的厚度为25～50μm左右的聚酰亚胺系树脂或液晶聚合物(LCP)。
接点部件6具有以能够弹性变形的树脂为芯7，并用导电层8覆盖芯7的外周的结构(参照图2B)。作为芯7，例如优选使用热固性的酚醛树脂并构成为直径200～300μm左右。此外，作为导电层8优选为在形成为厚度5μm左右的基底层9(例如，镍(Ni)层)上形成具有耐腐蚀性、高导电性的厚度为20μm左右的接点层10(例如，金(Au)层)。即，作为接点部件6形成为直径250～350μm左右的球形状，将接点部件6配置为多个列、多个行的格子点状，从而实现窄间距(例如，0.5mm间距)的栅格状连接器。此外，接点部件6的球形状不必是精确的球体，而是包括外部尺寸在250～350μm左右的范围内的长球状、多面体状以及它们的复合形状。
对于在接点区域5中的接点部件6的固定方法，只要能够确保与导体图案4(更具体地说，信号线2)的良好的导通就没有特别的限制，但优选为以焊锡11进行固定(参照图2A)。这是因为，通过利用以往的制造装置(例如，植球机等)来适合于制造挠性线束100的自动化、低成本化。
此外，导体图案4包括：形成在绝缘膜1的一个的面上，并在其端部配设有接点部件6的多个信号线2；形成在绝缘膜1的另一个的面上的接地线3(参照图2A)。虽然不一定必须形成接地线3，但在用于信号的高速传送(以高频进行的传送)的情况下最好形成接地线3(例如，覆盖绝缘膜1的大致一面的平面地线)。
图3是表示连接第一实施方式的挠性线束100与印刷电路板12的电极焊盘13的状态的一个例子的横向剖面模式图，图3(a)为分离状态，图3(b)为连接状态。若在挠性线束100的接点区域5排列多个接点部件6，则如图3(a)所示，有时存在由于球形状的大小比其它的大的接点部件14和过量堆积的焊锡16导致的与其它的接点部件相比处于浮起的状态的接点材料15等。即使在使这种挠性线束100与印刷电路板12的电极焊盘13接触的情况下，由于接点部件6、14、15具有由能够弹性变形的树脂构成的芯7，因此如图3(b)所示，能够吸收高度(距信号线2的突出量)的不均，从而能够使本发明的挠性线束100进行稳定的接触(电接合)。
此外，在使用热固性的酚醛树脂树脂来作为芯7的情况下，能够产生接合部件的直径的10％左右的弹性变形。例如，在接合部件的直径为300μm的情况下，能够产生位移量30μm左右的弹性变形(压扁)。换句话说，接点部件的大小和焊锡的堆积量在弹性变形的范围内存在允许度。这样，有助于提高挠性线束的制造成品率以及提高电接合的稳定性、可靠性，从而实现整体的低成本化。
本发明的第二实施方式
电连接部件的结构
图4是表示本发明的第二实施方式的电连接部件200以及与印刷电路板12的连接方法的一个例子的立体图。如图4所示，第二实施方式的电连接部件200具备：第一实施方式的挠性线束100；配设在挠性线束100的绝缘膜1上的与接点区域5的面相反的一侧的面上并具有弹性的第一片状部件21；用于通过第一片状部件21按压整个接点区域5的具有刚性的第一板状部件22；以及用于固定第一板状部件22、第一片状部件21、接点部件6和电极焊盘13的至少四个部件的固定夹具23。通过以下方式进行电连接部件200与电气电子部件的电极焊盘(在图4中，印刷电路板12的电极焊盘13)的连接，使挠性线束100的接点部件6与电极焊盘13对置并接触，从接点区域5的背面通过第一片状部件21用第一板状部件22按压整个接点区域5，并以固定夹具23固定。
作为第一片状部件21的材料，根据与挤压、固定的应力的平衡来适当选定即可，例如，能够优选地使用硅橡胶。此外，第一板状部件22的材料也根据与挤压、固定的应力的平衡来适当选定即可，例如，能够优选地使用不锈钢或陶瓷等。此外，对固定夹具23及挤压、固定方法没有特别的限定，能够利用以往的技术(例如，螺钉固定或螺栓螺母固定)。
接下来，对第二实施方式的电连接部件200的作用效果进行说明。图5A是在图1所示的挠性线束100与印刷电路板12的电极焊盘13的连接中，引起接触不良的情况下的接点区域5的横向剖面模式图。图5B是在图4所示的电连接部件200与印刷电路板12的电极焊盘13的连接中的接点区域5的横向剖面模式图。
在接点部件6的数量(电极焊盘13的数量)非常多的情况下，为了使全部接点稳定地导通，需要用固定夹具23强力地紧固第一板状部件22。例如，为了稳定地导通而需要每一个接点20gf的应力，在400个接点的情况下，作为整体必须以8kgf的应力按压第一板状部件22。此时，若用不具备第一片状部件21的连接部件进行连接，如图5A所示，由于弯曲力矩使第一板状部件22弯曲，其结果，有可能在中央部附近产生与电极焊盘的接触不良的接点部件6。
与此相对，如图5B所示，第二实施方式的电连接部件200具备具有弹性的第一片状部件21，所以能够吸收第一板状部件22的弯曲变形，从而能够使全部接点稳定地导通。即，本发明的电连接部件200在接点部件6的数量(电极焊盘13的数量)多的情况下是特别适合的实施方式。此外，在接点部件6的数量(电极焊盘13的数量)非常少的情况(换句话说，由弯曲力矩导致的第一板状部件22的弯曲非常小的情况)下，也可以不具备第一片状部件21。
图6是连接第二实施方式的电连接部件200与印刷电路板12的电极焊盘13的状态的其它的一个例子的横向剖面模式图，图6(a)表示分离状态，图6(b)表示连接状态。如图6(a)所示，在实际的电气电子部件中，存在印刷电路板12本身具有翘曲和弯曲的情况。即使在这种情况下，如图6(b)所示，由于具有弹性的第一片状部件21能够吸收印刷电路板12的翘曲和弯曲，从而能够使全部接点稳定地导通。此外，在图6(b)中表示使用螺栓螺母作为固定夹具24的情况。
本发明的第三实施方式
电连接部件的结构
图7是表示本发明的第三实施方式的电连接部件300以及与印刷电路板12的连接方法的一个例子的立体图。如图7所示，第三实施方式的电连接部件300在第二实施方式的电连接部件200的基础上，还具备：配设在印刷电路板12中与电极焊盘13的面相反的一侧的面上并具有弹性的第二片状部件31；以及用于通过第二片状部件31按压整个接点区域5的具有刚性的第二板状部件32。通过以下方式进行电连接部件300与电气电子部件的电极焊盘(在图7中，印刷电路板12的电极焊盘13)的连接，使挠性线束100的接点部件6与电极焊盘13对置并接触，用从接点区域5的背面夹有第一片状部件21的第一板状部件22与从电极焊盘13的背面夹有第二片状部件31的第二板状部件32夹住按压整个接点区域5，并通过固定夹具23固定。
作为第二片状部件31及第二板状部件32的材料，能够分别以与第二实施方式的电连接部件200中的第一片状部件21及第一板状部件22相同的观点适当地选定。此外，第一片状部件21与第二片状部件31可以使用相同的材料，也可以使用不同的材料。对于第一板状部件22与第二板状部件32而言也是相同的。
接下来，对第三实施方式的电连接部件300的作用效果进行说明。如前所述，第三实施方式的电连接部件300在第二实施方式的电连接部件200的基础上，还具备第二片状部件31和第二板状部件32，用夹有第一片状部件21的第一板状部件22与夹有第二片状部件31的第二板状部件32夹住按压和固定整个接点区域5，因此与第二实施方式的情况相比，更能抑制接点部件6和电极焊盘13之间产生接触不良，能够实现更稳定的电连接。此外，虽然第三实施方式的电连接部件优选为具备第一片状部件21及第二片状部件31，但在接点部件6的数量(电极焊盘13的数量)非常少的情况(换句话说，由弯曲力矩导致的第一板状部件22及第二板状部件32的弯曲非常小的情况)下，可以不具备第一片状部件21及第二片状部件31。
此外，在接点部件6的数量(电极焊盘13的数量)多的情况下，为了进一步稳定地夹住按压接点区域5的中央部附近，还优选为第一板状部件和/或第二板状部件为板簧。图8是表示连接第三实施方式的其它的电连接部件301与印刷电路板12的电极焊盘13的状态的一个例子的横向剖面模式图，图8(a)表示夹住按压前的状态，图8(b)表示夹住按压后的状态。
如图8所示，第三实施方式的其它的电连接部件301与前述的电连接部件300的不同点在于，第一板状部件33与第二板状部件34为板簧。此外，在夹住按压固定之前的第一板状部件33和/或第二板状部件34的形状(配设状态)为朝向接点区域5的凸状(参照图8(a))，在夹住按压固定之后的形状(配设状态)为平坦的板状(参照图8(b))。通过这样，对整个接点区域5的夹住按压应力变得更均衡，从而实现更稳定的电连接。
本发明的第四实施方式
电连接部件的结构
图9是表示本发明的第四实施方式的电连接部件400以及与印刷电路板12的连接方法的一个例子的立体图。如图9所示，第四实施方式的电连接部件400在第三实施方式的电连接部件300的基础上，还具备用于进行接点部件6与电极焊盘13在面内方向上的对位的对位部件41。对位部件41具有对位用凸部42，在第一片状部件21、挠性线束100、印刷电路板12以及第二片状部件31上分别形成有与对位用凸部42嵌合的对位用贯通孔43、44、45、46。
以如下方式进行电连接部件400与电气电子部件的电极焊盘(在图9中，印刷电路板12的电极焊盘13)的连接，当使挠性线束100的接点部件6与电极焊盘13对置并接触时，使用对位部件41使对位用凸部42与第二片状部件31的对位用贯通孔46、印刷电路板12的对位用贯通孔45、挠性线束100的对位用贯通孔44以及第一片状部件21的对位用贯通孔43嵌合，从而进行接点部件6与电极焊盘13在面内方向上的对位，之后与第三实施方式相同地进行夹住按压固定。此外，虽然第四实施方式的电连接部件优选为具备第一片状部件21及第二片状部件31，但与第三实施方式同样地，根据情况也可以不具备这些部件。
作为对位部件41的材料没有特别的限定，但为了使以狭间距配设的接点部件6与电极焊盘13正确地对位，能够优选地利用例如加工尺寸精度良好的ABS树脂等。此外，对位用贯通孔43、44、45、46能够利用模具等来加工形成。
接下来，对第四实施方式的电连接部件400的作用效果进行说明。如前所述，第四实施方式的电连接部件400在第三实施方式的电连接部件300、301的基础上，还具备对位部件41。通过使用对位部件41，能够以高精度且简便地进行接点部件6与电极焊盘13的对位，因此使挠性线束100的装卸工作变得容易，从而能够提高电气电子部件的交换操作性和电气电子设备的组装操作性。
产业实用性如下。
如以上所说明，本发明提供挠性线束以及使用其的电连接部件，该挠性线束是能够装卸的挠性线束，并且不使用以往的插座就能够使导体图案的端部与电气电子部件的电极焊盘稳定地接触。例如，能够用作进行印刷电路板彼此的连接或在一张印刷电路板内的电子部件彼此的连接的挠性线束。特别是适用于必须进行高速数据传送，并且跨越存在高低差的位置或可动部分进行布线的情况等。作为具体例子，能够举出连接集成电路芯片与印刷电路板之间的电连接部件(参照图10)、连接连接器与印刷电路板之间的电连接部件(参照图11)等。

Claims (7)

1.一种电连接部件，与电气电子部件的电极焊盘接触并且能够装卸，其特征在于，具备：
挠性线束，具备具有挠性的绝缘膜、形成于上述绝缘膜上的导体图案以及在上述导体图案的端部的接点区域形成的接点部件，并且上述接点部件为用导电层覆盖能够弹性变形的树脂芯的球形状；
第一片状部件，配设在上述绝缘膜中与上述接点区域的面相反的一侧的面上并具有弹性；
第一板状部件，用于通过上述第一片状部件按压整个上述接点区域并具有刚性；以及
固定夹具，用于固定上述第一板状部件、上述第一片状部件、上述接点部件和上述电极焊盘，
还具备：
配设在上述电气电子部件的与形成有上述电极焊盘的面相反的一侧的面上并具有弹性的第二片状部件；以及
用于通过上述第二片状部件按压整个上述接点区域并具有刚性的第二板状部件。
2.如权利要求1所述的电连接部件，其特征在于，
上述第一板状部件与上述第二板状部件中的至少一个为板簧。
3.如权利要求1所述的电连接部件，其特征在于，
还具备用于进行上述接点部件与上述电极焊盘在面内方向上的对位的对位部件。
4.一种电气电子部件模块，其特征在于，
使用权利要求1至3中任意一项所述的电连接部件电连接。
5.一种电连接方法，使电气电子部件的电极焊盘与电线束电连接且能够装卸，其特征在于，
使用挠性线束作为上述电线束，该挠性线束具备具有挠性的绝缘膜、形成于上述绝缘膜上的导体图案以及在上述导体图案的端部的接点区域形成的接点部件，并且上述接点部件为用导电层覆盖能够弹性变形的树脂芯的球形状，
在上述绝缘膜中与上述接点区域的面相反的一侧的面上配设具有弹性的第一片状部件，
使用具有刚性的第一板状部件通过上述第一片状部件按压整个上述接点区域，并且固定上述接点部件与上述电极焊盘，
还在上述电气电子部件的与形成有上述电极焊盘的面相反的一侧的面上配设具有弹性的第二片状部件，
还使用具有刚性的第二板状部件通过上述第二片状部件按压整个上述接点区域，并且固定上述接点部件与上述电极焊盘。
6.如权利要求5所述的电连接方法，其特征在于，
上述第一板状部件与上述第二板状部件中的至少一个为板簧，在夹住按压固定之前的形状为朝向上述接点区域的凸状，在夹住按压固定之后的状态为平坦的板状。
7.如权利要求5至6中任意一项所述的电连接方法，其特征在于，
在使用对位部件进行了上述接点部件与上述电极焊盘在面内方向上的对位的状态下进行按压固定。
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