CN110842395A - 无卤素球栅阵列倒装芯片助焊膏及该助焊膏制作工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明所涉及一种无卤素球栅阵列倒装芯片助焊膏,包括树脂,活化剂、扩散剂、保湿剂、溶剂及添加剂;因树脂中松香能够还原和溶解被焊接的金属表面的氧化物,活化剂能够溶解和去除氧化物,扩散剂能降低焊剂表面张力,引导焊料向被焊接金属表面扩散,使得所述被焊接金属表面形成光滑平整的突起焊点,避免了因被焊接金属表面形成一层氧化物而阻止电连接性能,有利于提高绝缘电阻。由于松香具有电阻率很高,有良好绝缘性,化学性能稳定的特性,使得被焊接的金属表面上突起焊点及电路板表面没有任何腐蚀性。本发明还具有加工简单,操作方便的功。
Description
【技术领域】
本发明涉及一种应用于半导体或电子工业的焊接技术领域,具体涉及一种应用于浸焊,波峰焊以及手焊工艺中所使用的无卤素球栅阵列倒装芯片助焊膏及该助焊膏制作工艺。
【背景技术】
随着电子焊接工业的发展,电子信息产向着微型化,集成化,多功能化方向发展,使得表面封装技术已经成为电子产品封装的主流技术。焊锡膏是伴随着表面封装技术而生的一种新型焊接材料,焊锡膏的好坏直接影响电子元器件的焊接质量。然而,在现有焊锡技术中,操作者肉眼观察到的焊盘或其他被焊接材质的表面都是光洁或平整的。若使用高倍放大镜观察时,可以发现被焊接的材质表面并不是光滑平整而是凹凸不平的凸起点,凸起点与凸起点之间的间隙内积累大量的油污或灰尘或杂质而形成污垢物质。该污垢物质长期裸露空气中,容易使得被焊接的材质表面形成一层氧化物,该氧化物能够阻止电路板表面金属与焊锡形成键合物质,该键合物质能够阻止电路板表面的电连接形成。为了解决此技术问题,现有技术中大部分的助焊剂采用大量的松香水构成。使用时,虽然因松香在常温下呈固态的树脂,主要成分是树脂酸,在焊接温度230℃~270℃下具有良好的去除氧化物能力,在冷却至70℃以下时又呈固态,能够对电路板及焊点金属形成保护层,所以能够解决电路板表面的电连接技术问题,但是,由于松香又具有色泽较深、残留物又粘性、发烟量大等技术问题,所以通常不使用原始的松香,而是选用氢化松香或马来松香或聚合松香或浅色松香经过改性而成衍生物,在加工助焊剂中添加量从1%-35%不等松香。若添加松香量较多的助焊剂,则助焊剂的比重较高,色泽较深。如采用单独松香成分构成的助焊剂使用在印刷电路板表面,则使得该存放时间较久的印刷电路板表面氧化比较严重。为了解决此技术问题,一般情况在助焊剂内添加由盐酸或氢溴酸的铵盐,该铵盐的碱性虽然能够把酸的酸性完全中和,以及大大提供焊接效果,但是,由于所述铵盐内含有氯或溴等卤元素,该卤元素能够引起被焊接表面腐蚀和绝缘电阻下降的技术缺陷。
【发明内容】
有鉴于此,本发明所要解决的技术问题是提供一种能够避免因助焊膏含有氯或溴等卤元素而导致被焊接表面腐蚀和绝缘电阻下降的现象发生的无卤素球栅阵列倒装芯片助焊膏。
本发明所要解决的技术问题还提供一种加工简单,操作方便的无卤素球栅阵列倒装芯片助焊膏制作工艺。
为此解决上述技术问题,本发明中的技术方案所提供一种无卤素球栅阵列倒装芯片助焊膏,其包括树脂,活化剂、扩散剂、保湿剂、溶剂及添加剂;所组成质量比例:树脂为30%至80%,活化剂为1%至5%,扩散剂为0.1%至0.8%,保湿剂为0.5%至4%,溶剂为25%至100%,添加剂为0.1%至2%;所述树脂是由以松香酸为主要成分的松香构成,该松香是由全氢化松香,604脂松香,无铅125松香的一种物质或两种以上物质组合而成,所述活化剂是由有机酸或有机酸盐类为主的成分而组成,所述活化剂是由己二酸,丙二酸,丁二酸,戊二酸的一种物质或两种以上物质组合而成;所述扩散剂是以甘油或丙三醇为主成分而组成;所述保湿剂是由以多元醇酯类油酸酯,丙三醇中的一种物质或两种以上物质组合而成;所述溶剂是以醇类溶液为主而组成,溶剂是由以乙醇、异丙醇而成的二乙二醇辛醚,乙二醇丁醚,丙二醇苯醚,己二醇,己基癸醇,聚氧乙烯辛基苯酚醚,以及二丙二醇二甲醚中的一种物质或两种以上物质组合而成;所述添加剂包含光亮剂,消光剂,阻燃剂。
进一步限定,所述全氢化松香质量为20千克,604脂松香质量为15千克,无铅125松香质量为15千克。
进一步限定,所述己二酸质量为2千克,丙二酸质量为1.7千克,丁二酸质量为0.5千克,戊二酸质量为0.8千克。
进一步限定,所述三乙醇胺质量为0.2千克,二乙二醇辛醚质量为10千克,乙二醇丁醚质量为9千克,丙二醇苯醚质量为9千克,己二醇质量为3千克,聚氧乙烯辛基苯酚醚质量为12千克,二丙二醇二甲醚质量为5千克。
进一步限定,丙三醇质量为0.50千克,多元醇酯类油酸酯质量为2千克。
一种无卤素球栅阵列倒装芯片助焊膏制作工艺,其工艺流程为:
首先,将20千克的全氢化松香,15千克的604脂松香,15千克的无铅125松香和1千克去离子之后的水溶液加入反应釜中,启动搅拌器,充分搅拌,使充分发生化学反应,反应时间为20分钟,形成中间体A混合液;
接着,将2千克的己二酸,1.7千克的丙二酸、0.5千克的丁二酸,0.8千克的戊二酸加入反应釜中,使用搅拌器充分搅拌20分钟,至完全溶解,则制成中间体B混合液;
接着,将预先打入计量槽的去离子的1千克的水溶液加入反应釜,启动搅拌器搅拌,缓慢加入0.2千克的三乙醇胺液体,搅拌20分钟,缓慢先后加入10千克的二乙二醇辛醚液体,9千克的乙二醇丁醚液体,9千克的丙二醇苯醚液体,搅拌20分钟,缓慢先后加入3千克的己二醇液体,12千克的聚氧乙烯辛基苯酚醚液体,5千克的二丙二醇二甲醚液体,充分搅拌20分钟,至完全溶解,制得中间体C混合液;
接着,将0.50千克的丙三醇液体和1.0千克的去离子的水溶液加入反应釜中,启动搅拌器搅拌,反应时间为10分钟,制得中间体D混合液;
接着,将2千克的多元醇酯类油酸酯溶液和1.0千克的去离子的水溶液加入反应釜中,启动搅拌器搅拌,反应时间为10分钟,制得中间体E混合液;
接着,将已经制作好的中间体C混合液加入反应釜中,开启搅拌器,充分搅拌;接着,在反应釜中加入中间体B混合液,使得充分产生化学反应,反应时间为10分钟;接着,将中间体A混合液和1.59L体积的去离子的水溶液,缓缓加入到反应釜内,使用搅拌器搅拌20分钟;然后,将中间体D混合液,缓缓加入到反应釜内,使用搅拌器搅拌20分钟;将中间体E混合液,缓缓加入到反应釜内,使用搅拌器搅拌20分钟之后,将反应釜内部所述混合液体放入到指定容器内,冷却、静置,并将指定容器外表面及内部包装,形成成品球栅阵列倒装芯片助焊膏。
本发明的有益技术效果:因本技术方案中松香能够还原和溶解被焊接的金属表面的氧化物,所述活化剂能够溶解和去除氧化物,所述扩散剂能降低焊剂表面张力,引导焊料向被焊接金属表面扩散,使得所述被焊接金属表面形成光滑平整的突起焊点,避免了因被焊接金属表面形成一层氧化物而阻止电连接性能,有利于提高绝缘电阻。由于所述松香具有电阻率很高,有良好绝缘性,化学性能稳定的特性,使得被焊接的金属表面上突起焊点及电路板表面没有任何腐蚀性。从而达到因助焊膏含有氯或溴等卤元素而导致被焊接表面腐蚀和绝缘电阻下降的现象发生。与现有技术同类产品相互比较,本发明还具有加工简单,操作方便的功能。
下面结合实施例,对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
【具体实施方式】
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚、明白,以下结合实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
下面结合实施例说明一种无卤素球栅阵列倒装芯片助焊膏,其包括树脂,活化剂、扩散剂、保湿剂、溶剂及添加剂。所述树脂为30%至80%,活化剂为1%至5%,扩散剂为0.1%至0.8%,保湿剂为0.5%至4%,溶剂为25%至100%,添加剂为0.1%至2%。
所述树脂是由以松香酸为主要成分的松香构成,该松香是由全氢化松香,604脂松香,无铅125松香的一种物质或两种以上物质组合而成。所述松香酸可以使被焊接的各金属表面的氧化物还原、溶解,起到助焊作用。由于所述松香酸的电阻率很高,有良好绝缘性,以及化学性能稳定,使得对焊点及电路没有腐蚀性。
所述活化剂是由有机酸或有机酸盐类为主的成分而组成,所述活化剂是由己二酸,丙二酸,丁二酸,戊二酸的一种物质或两种以上物质组合而成。所述有机酸或有机酸盐类物质能够溶解被加工的金属表面形成氧化物质,并能够去除该氧化物质。
所述扩散剂是以甘油或丙三醇为主成分而组成。甘油或丙三醇能够为降低焊剂的表面张力,并引导被焊接的焊料及溶解的氧化物质向金属表面四周扩散,从而形成光滑平整的突起焊点。
所述保湿剂是由以多元醇酯类油酸酯,丙三醇中的一种物质或两种以上物质组合而成。所述保湿剂能够对被焊接金属表面润湿作用。
所述溶剂是以醇类溶液为主而组成,溶剂是由以乙醇、异丙醇而成的二乙二醇辛醚,乙二醇丁醚,丙二醇苯醚,己二醇,己基癸醇,聚氧乙烯辛基苯酚醚,以及二丙二醇二甲醚中的一种物质或两种以上物质组合而成。所述添加剂包含光亮剂,消光剂,阻燃剂。以醇类溶液作为活性物质的载体,能够将松香、活化剂、扩散剂、保湿剂等各种组份有效混合在一起。
所述全氢化松香质量为20千克,604脂松香质量为15千克,无铅125松香质量为15千克。所述己二酸质量为2千克,丙二酸质量为1.7千克,丁二酸质量为0.5千克,戊二酸质量为0.8千克。所述三乙醇胺质量为0.2千克,二乙二醇辛醚质量为10千克,乙二醇丁醚质量为9千克,丙二醇苯醚质量为9千克,己二醇质量为3千克,聚氧乙烯辛基苯酚醚质量为12千克,二丙二醇二甲醚质量为5千克。丙三醇质量为0.50千克,多元醇酯类油酸酯质量为2千克。
一种无卤素球栅阵列倒装芯片助焊膏制作工艺,其工艺流程为:首先,将20千克的全氢化松香,15千克的604脂松香,15千克的无铅125松香和1千克去离子之后的水溶液加入反应釜中,启动搅拌器,充分搅拌,使充分发生化学反应,反应时间为20分钟,形成中间体A混合液。
接着,将2千克的己二酸,1.7千克的丙二酸、0.5千克的丁二酸,0.8千克的戊二酸加入反应釜中,使用搅拌器充分搅拌20分钟,至完全溶解,则制成中间体B混合液。
接着,将预先打入计量槽的去离子的1千克的水溶液加入反应釜,启动搅拌器搅拌,缓慢加入0.2千克的三乙醇胺液体,搅拌20分钟,缓慢先后加入10千克的二乙二醇辛醚液体,9千克的乙二醇丁醚液体,9千克的丙二醇苯醚液体,搅拌20分钟,缓慢先后加入3千克的己二醇液体,12千克的聚氧乙烯辛基苯酚醚液体,5千克的二丙二醇二甲醚液体,充分搅拌20分钟,至完全溶解,制得中间体C混合液。
接着,将0.50千克的丙三醇液体和1.0千克的去离子的水溶液加入反应釜中,启动搅拌器搅拌,反应时间为10分钟,制得中间体D混合液。
接着,将2千克的多元醇酯类油酸酯溶液和1.0千克的去离子的水溶液加入反应釜中,启动搅拌器搅拌,反应时间为10分钟,制得中间体E混合液。
接着,将已经制作好的中间体C混合液加入反应釜中,开启搅拌器,充分搅拌;接着,在反应釜中加入中间体B混合液,使得充分产生化学反应,反应时间为10分钟;接着,将中间体A混合液和1.59L体积的去离子的水溶液,缓缓加入到反应釜内,使用搅拌器搅拌20分钟;然后,将中间体D混合液,缓缓加入到反应釜内,使用搅拌器搅拌20分钟;将中间体E混合液,缓缓加入到反应釜内,使用搅拌器搅拌20分钟之后,将反应釜内部所述混合液体放入到指定容器内,冷却、静置,并将指定容器外表面及内部包装,形成成品球栅阵列倒装芯片助焊膏。
所述电子元器件表面或电路板表面长时间与空气接触,很容易在电子元器件或电路板的表面形成表面外壳层,该表面外壳层包括位于内部的变形层,形成于变形层表面的气体吸附层和氧化膜层。所述气体吸附层包括长期积累的灰尘,杂质,污垢细菌等吸附物质。所述氧化层是指金属表面比较活跃的金属离子与空气中氧气或氧离子发生化学反应而形成一层氧化膜。所述氧化层不仅是单纯的氧化物,而且还具有氧化物的水合物氢氧化物、碱式碳酸盐。所述金属表面在压力作用下,形成的晶粒变形结构和微晶组织。
球栅阵列倒装芯片助焊膏又名为BGA、Flipchip助焊膏,该所述助焊膏为无需清洗、超低残留、具有黏性的不定型胶状体。所述助焊膏的这种独特的活性系统对焊锡表面有极好的润湿性,均匀可靠的去除影响焊锡的氧化层及不良物质,以利于形成界面合金,光亮饱满的焊点。由于低固态含量,焊后板面及焊点面残留物极少,均匀光亮,切具有极高的表面绝缘阻抗,极易通过ICT测试。
在整个焊接过程中,所述助焊膏通过自身的活性物质作用,去除焊接材质的氧化层,同时使锡液及被锡材质之间的表面张力减小,增强锡液流动、浸润的性能,帮助焊接完成。通过助焊膏中的活化物质对焊接材质表面的氧化物进行清理,使焊料合金能够很好地与被焊接材质结合并形成焊点,在这个过程中,起到主要作用的是助焊膏中的活化剂等物质,这些物质能够后迅速地去除焊盘及元件管脚的氧化物,并且有时还能保护被焊材质在焊接完成前不再氧化。另外,在去除氧化膜的同时,助焊膏表面活性剂也开始工作,它能够显著降低液态焊料在被焊材质表面所体现出来的表面张力,使液态焊料的流动性及铺展能力强,并保证锡焊料能渗透至每一个细微的钎焊缝隙;在锡炉焊接工艺中,当被焊接体离开锡液表面的一瞬间,因为助焊膏的润湿作用,多余的锡焊料会顺着管脚流下,从而避免了拉尖、粘焊等不良现象。与现有技术中同类产品相互比较,本发明还具有操作简单和使用方便的功效。
在本实施例中所述的助焊膏为,色泽均匀、无异味、无气泡及结晶。在焊接过程中,一般所使用焊料采用SN63/PB37的合金焊料,该合金焊料与其它很多金属或合金物质在高温高压的条件下能够重新融合并形成新合金物质,该新合金物质为铜、铝、镍、锌、银、金等物质。焊接时金属铜极易与锡铅合金焊料熔合形成焊接后新金属物质,该新金属物质与空气或其他物质所氧化或反应时,则使得在被焊接的金属物件的表面会形成一个氧化层。由于本实施例中所述助焊剂中的活性剂含各种有机酸或者有机酸盐类物质,所述活化剂是由己二酸,丙二酸,丁二酸,戊二酸的一种物质或两种以上物质组合而成。所述有机酸或有机酸盐类物质能够溶解被加工的金属表面形成氧化物质,凭借酸根离子有络合和螯合金属离子的作用,此过程相当于一个氧化还原的过程,实现去除金属表面氧化物质,达到除垢能力加强的功能。因此,所述助焊剂能够清除焊接金属表面的氧化膜的功能。
所述助焊剂的溶剂有高沸点的添加剂,该添加剂再遇热后能吸收一部分热量,同时再达到沸点的温度后开始挥发,与此同时也带走部分热量,使被焊接的金属材质不至于在瞬间产生急骤的温度变化。另外,因为助焊剂再焊接材质表面的涂覆,还能使整个被焊接的金属表面受热情况趋于均匀,形成液态保护膜,该液体保护膜防止金属表面再氧化,起到辅助传导作用,辅助的整个过程可以看成是延缓冲击、使焊材受热均匀的过程。所述助焊剂中的树脂能高效成膜,起到保护作用,防止焊点合金受氧化。因此,在焊接时,被焊接金属表面形成液态保护膜,实现隔绝高温时四周的空气,防止金属表面再氧化。
在焊接过程中,所述焊料基本处于液体状态,而被焊接的金属表面上的元件管脚或焊盘则为固体状态。当两种物质接触时,因液态物质表面张力作用,会直接造成两种物质接触界面的减少,影响合金形成的面积、体积或形状。本实施例中的助焊剂的活化剂能够显著降低物质表面张力的一种物质,它的分子两端有两个集团结构,一端亲水憎油另一端亲油憎水,由溶剂可溶性和溶剂不溶性两部分组成,这两个部分正处于分子的两端,形成一种并不对称的结构,这种特殊结构能够显著降低表面张力作用。因此,达到降低焊锡表面的张力,增加其扩散能力。
所述助焊剂中的扩散剂是以甘油或丙三醇为主成分而组成。甘油或丙三醇能够为降低焊剂的表面张力,并引导被焊接的焊料及溶解的氧化物质向金属表面四周扩散,从而形成光滑平整的突起焊点。在焊接的瞬间,所述助焊剂可以让熔融状的焊锡与被焊锡金属表面形成合金,顺利完成焊接。与此同时,所述助焊剂中的活性剂能够显著降低液态焊料在被焊材质表面所体现出来的表面张力,使液态焊料的流动性及铺展能力强,并保证锡焊料能渗透至每一个细微的钎焊缝隙。达到黏度持续性好的目的。所述助焊剂中的保湿剂是由以多元醇酯类油酸酯,丙三醇中的一种物质或两种以上物质组合而成。所述保湿剂能够对被焊接金属表面润湿作用。在锡炉焊接工艺中,当被焊接体离开锡液表面的一瞬间,因为助焊膏的润湿作用,多余的锡焊料会顺着管脚流下,从而避免了拉尖、粘焊等不良现象。
综上所述,因本技术方案中松香能够还原和溶解被焊接的金属表面的氧化物,所述活化剂能够溶解和去除氧化物,所述扩散剂能降低焊剂表面张力,引导焊料向被焊接金属表面扩散,使得所述被焊接金属表面形成光滑平整的突起焊点,避免了因被焊接金属表面形成一层氧化物而阻止电连接性能,有利于提高绝缘电阻。由于所述松香具有电阻率很高,有良好绝缘性,化学性能稳定的特性,使得被焊接的金属表面上突起焊点及电路板表面没有任何腐蚀性。从而达到因助焊膏含有氯或溴等卤元素而导致被焊接表面腐蚀和绝缘电阻下降的现象发生。与现有技术同类产品相互比较,本发明还具有加工简单,操作方便的功能。
以上说明了本发明的优选实施例,并非因此局限本发明的权利范围。本领域技术人员不脱离本发明的范围和实质内所作的任何修改、等同替换和改进,均应在本发明的权利范围之内。
Claims (6)
1.一种无卤素球栅阵列倒装芯片助焊膏,其包括树脂,活化剂、扩散剂、保湿剂、溶剂及添加剂;其特征在于:所组成质量比例:树脂为30%至80%,活化剂为1%至5%,扩散剂为0.1%至0.8%,保湿剂为0.5%至4%,溶剂为25%至100%,添加剂为0.1%至2%;所述树脂是由以松香酸为主要成分的松香构成,该松香是由全氢化松香,604脂松香,无铅125松香的一种物质或两种以上物质组合而成,所述活化剂是由有机酸或有机酸盐类为主的成分而组成,所述活化剂是由己二酸,丙二酸,丁二酸,戊二酸的一种物质或两种以上物质组合而成;所述扩散剂是以甘油或丙三醇为主成分而组成;所述保湿剂是由以多元醇酯类油酸酯,丙三醇中的一种物质或两种以上物质组合而成;所述溶剂是以醇类溶液为主而组成,溶剂是由以乙醇、异丙醇而成的二乙二醇辛醚,乙二醇丁醚,丙二醇苯醚,己二醇,己基癸醇,聚氧乙烯辛基苯酚醚,以及二丙二醇二甲醚中的一种物质或两种以上物质组合而成;所述添加剂包含光亮剂,消光剂,阻燃剂。
2.根据权利要求1所述无卤素球栅阵列倒装芯片助焊膏,其特征在于:所述全氢化松香质量为20千克,604脂松香质量为15千克,无铅125松香质量为15千克。
3.根据权利要求1所述无卤素球栅阵列倒装芯片助焊膏,其特征在于:
所述己二酸质量为2千克,丙二酸质量为1.7千克,丁二酸质量为0.5千克,戊二酸质量为0.8千克。
4.根据权利要求1所述无卤素球栅阵列倒装芯片助焊膏,其特征在于:
所述三乙醇胺质量为0.2千克,二乙二醇辛醚质量为10千克,乙二醇丁醚质量为9千克,丙二醇苯醚质量为9千克,己二醇质量为3千克,聚氧乙烯辛基苯酚醚质量为12千克,二丙二醇二甲醚质量为5千克。
5.根据权利要求1所述无卤素球栅阵列倒装芯片助焊膏,其特征在于:丙三醇质量为0.50千克,多元醇酯类油酸酯质量为2千克。
6.一种无卤素球栅阵列倒装芯片助焊膏制作工艺,其工艺流程为:
首先,将20千克的全氢化松香,15千克的604脂松香,15千克的无铅125松香和1千克去离子之后的水溶液加入反应釜中,启动搅拌器,充分搅拌,使充分发生化学反应,反应时间为20分钟,形成中间体A混合液;
接着,将2千克的己二酸,1.7千克的丙二酸、0.5千克的丁二酸,0.8千克的戊二酸加入反应釜中,使用搅拌器充分搅拌20分钟,至完全溶解,则制成中间体B混合液;
接着,将预先打入计量槽的去离子的1千克的水溶液加入反应釜,启动搅拌器搅拌,缓慢加入0.2千克的三乙醇胺液体,搅拌20分钟,缓慢先后加入10千克的二乙二醇辛醚液体,9千克的乙二醇丁醚液体,9千克的丙二醇苯醚液体,搅拌20分钟,缓慢先后加入3千克的己二醇液体,12千克的聚氧乙烯辛基苯酚醚液体,5千克的二丙二醇二甲醚液体,充分搅拌20分钟,至完全溶解,制得中间体C混合液;
接着,将0.50千克的丙三醇液体和1.0千克的去离子的水溶液加入反应釜中,启动搅拌器搅拌,反应时间为10分钟,制得中间体D混合液;
接着,将2千克的多元醇酯类油酸酯溶液和1.0千克的去离子的水溶液加入反应釜中,启动搅拌器搅拌,反应时间为10分钟,制得中间体E混合液;
接着,将已经制作好的中间体C混合液加入反应釜中,开启搅拌器,充分搅拌;接着,在反应釜中加入中间体B混合液,使得充分产生化学反应,反应时间为10分钟;接着,将中间体A混合液和1.59L体积的去离子的水溶液,缓缓加入到反应釜内,使用搅拌器搅拌20分钟;然后,将中间体D混合液,缓缓加入到反应釜内,使用搅拌器搅拌20分钟;将中间体E混合液,缓缓加入到反应釜内,使用搅拌器搅拌20分钟之后,将反应釜内部所述混合液体放入到指定容器内,冷却、静置,并将指定容器外表面及内部包装,形成成品球栅阵列倒装芯片助焊膏。
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