CN115986043A - 电子装置、焊接电子元件的方法及制造led显示器的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种电子装置、焊接电子元件的方法及制造LED显示器的方法。所述电子装置包含电子元件、加热元件以及并联线路,加热元件是设在电子元件上,并联线路将电子元件和加热元件并联连接。借此可不需再额外设置导线并能降低成本。
Description
技术领域
本发明有关一种电子装置、焊接电子元件的方法及制造LED显示器的方法,且尤其是有关一种通电加热的电子装置、焊接电子元件的方法及制造LED显示器的方法。
背景技术
一般而言,电子元件例如LED等会包含电极与电路基板的金属接点对应,并且通过焊接将两者固定。现有习知的焊接方式为回流焊接,使用回流炉加热将电路基板上的焊料融化,而能使电子元件与电路基板连接。然而,回流炉易造成电路基板翘曲形变,故此种焊接方式对电路基板材质要求高,而有其缺点存在。
有业者在电路基板内设置加热元件及加热金属,加热金属与加热元件电性连接且对应金属接点,通过加热元件通电予加热金属,使其产生热能以融化焊料。然而,由于需在电路基板内加设加热元件及加热金属,因此要采用多层板,工艺较复杂且成本较高。
有鉴于此,如何改善电子元件与电路基板的焊接方式及结构,遂成相关业者欲解决的问题。
发明内容
依据本发明一个实施方式提供一种电子装置,其包含电子元件、加热元件以及并联线路,加热元件是设在电子元件上,并联线路将电子元件和加热元件并联连接。
依据前述实施方式的电子装置,其中加热元件的材料是可为氧化铟锡(ITO)、氧化锌(ZnO)、钨、氮化钽或氧化钽。
依据前述实施方式的电子装置,其中电子元件是可为发光二极管(LED)。
依据本发明又一个实施方式提供一种焊接电子元件的方法,其包含提供基板,在其上是具有欲焊接位置;将如前述的电子装置放置于基板的欲焊接位置处;在电子装置中的电子元件和基板的欲焊接位置处间施加焊料;在电子装置中的并联线路通入加热电流,使并联线路上的加热元件产生热量以熔融焊料,而借熔融的焊料将电子元件焊固于基板的欲焊接位置处;在并联线路通入较加热电流为大的熔断电流,而使并联线路在加热元件处形成断路;以及停止通入熔断电流。
依据本发明再一个实施方式提供一种焊接电子元件的方法,其包含提供基板,在其上是具有欲焊接位置,在基板上是更设有加热元件,加热元件是对应于欲焊接位置设置;将电子元件放置于基板的欲焊接位置处,并使电子元件与加热元件以并联的方式连接以形成并联线路;在电子元件和基板的欲焊接位置处间施加焊料;在并联线路通入加热电流,使并联线路上的加热元件产生热量以熔融焊料,而借熔融的焊料将电子元件焊固于基板的欲焊接位置处;在并联线路通入较加热电流为大的熔断电流,而使并联线路在加热元件处形成断路;以及停止通入熔断电流。
依据前述实施方式的焊接电子元件的方法,其中加热电流是可为相对于并联线路上的电子元件的顺向电流。
依据前述实施方式的焊接电子元件的方法,其中加热电流是可为相对于并联线路上的电子元件的逆向电流。
依据前述实施方式的焊接电子元件的方法,其中熔断电流是可为相对于并联线路上的电子元件的顺向电流。
依据前述实施方式的焊接电子元件的方法,其中熔断电流是可为相对于并联线路上的电子元件的逆向电流。
依据前述实施方式的焊接电子元件的方法,其中基板是可为薄膜电晶体(TFT)基板。
依据前述实施方式的焊接电子元件的方法,其中电子元件是可为发光二极管(LED)。
依据前述实施方式的焊接电子元件的方法,其中焊料是可分别施加于发光二极管的P极和N极上。
依据本发明更一实施方式提供一种制造LED显示器的方法,其是包括如前述的焊接电子元件的方法焊接LED。
附图说明
图1绘示依照本发明第1实施例的一种电子装置的示意图。
图2绘示图1第1实施例的电子装置的加热元件的俯视示意图。
图3绘示依照本发明第1实施例的电子装置焊接于基板的焊接过程示意图。
图4绘示依照本发明第1实施例的电子装置的等效电路的焊接过程示意图。
图5绘示依照本发明第1实施例的电子装置的加热电流与熔断电流的电流时间图。
图6绘示依照本发明第1实施例的电子装置的另一个等效电路的焊接过程示意图。
图7绘示依照本发明第2实施例的一种电子装置的加热元件的俯视示意图。
图8绘示依照本发明第3实施例的一种电子装置的加热元件的俯视示意图。
图9绘示依照本发明第4实施例的一种电子元件、加热元件与基板的示意图。
图10绘示图9第4实施例的加热元件与基板的俯视示意图。
图11绘示依照本发明第5实施例的一种焊接电子元件的方法的方框流程图。
图12绘示图11第5实施例的焊接电子元件的方法的步骤流程图。
图13绘示图11第5实施例的焊接电子元件的方法的另一个步骤流程图。
【主要元件符号说明】
100:电子装置 110,410:电子元件
111:元件基板 112:第一型半导体层
113:主动层 114:第二型半导体层
115:氧化铟锡层 116:P极
1161:第一钛层 1162:铝层
1163:第二钛层 117:N极
118:保护层 120,220,320,420:加热元件
121,421:第一连接区 122,422:第二连接区
123、223、323、423:加热区 130,430:并联线路
141,441:第一锡凸块 142,442:第二锡凸块
224,324:缕空处 500:焊接电子元件的方法
510:基板提供步骤 520:电子元件提供步骤
530:导电焊接步骤 540:导电断开步骤
501,502,503,504,505,506,511,512,513,514,515,516:步骤
D1:LED驱动器 I1:加热电流
I2:熔断电流 L1,L2:长度
S1:基板 S11:第一基板焊点
S12:第二基板焊点 S2:焊料
W1,W2:宽度 Wr1,Wr2:导线
X,Y:轴
具体实施方式
以下将参照附图说明本发明的实施例。为明确说明起见,许多实务上的细节将在以下叙述中一并说明。然而,阅读者应了解到,这些实务上的细节不应用以限制本发明。即,在本发明部分实施例中,这些实务上的细节是非必要的。此外,为简化附图起见,一些现有习知惯用的结构与元件在附图中将以简单示意的方式绘示;并且重复的元件将可能使用相同的编号或类似的编号表示。
此外,本文中第一、第二、第三等用语只是用来描述不同元件或成分,而对元件/成分本身并无限制,因此,第一元件/成分亦可改称为第二元件/成分。且本文中的元件/成分/机构/模块的组合非此领域中的一般周知、常规或现有习知的组合,不能以元件/成分/机构/模块本身是否为现有习知,来判定其组合关系是否容易被技术领域中的通常知识者轻易完成。
请参阅图1及图2,电子装置100包含电子元件110、加热元件120以及并联线路130,加热元件120是设在电子元件110上,并联线路130将电子元件110和加热元件120并联连接。
具体而言,电子元件110可为发光二极管,其包含元件基板111、第一型半导体层112、主动层113、第二型半导体层114、氧化铟锡(ITO)层115、P极116、N极117以及保护层118。元件基板111可例如为蓝宝石材质制成,第一型半导体层112可例如为N型的氮化物半导体堆叠层,如掺杂N型掺质的氮化镓(GaN)、氮化铝镓(AlGaN)、氮化铝铟镓(AlInGaN)或氮化铟镓(InGaN)等。主动层113可采用量子井(quantum well),例如为多重量子井(multiplequantum wells)。第二型半导体层114可例如为P型的氮化物半导体堆叠层,如掺杂P型掺质的氮化镓、氮化铝镓、氮化铝铟镓或氮化铟镓等,本发明使用材料举例同前但不以此为限,且结构亦不限于此。
P极116可例如为多层导体结构而依序包含第一钛层1161、铝层1162以及第二钛层1163。N极117亦可为多层结构(在附图中未呈现多层)且和P极116的组成相同。在其他实施例中,P极与N极可为单层导体结构而仅包含金属。
加热元件120可设置于电子元件110上且包含第一连接区121、第二连接区122及加热区123,第一连接区121可以是设置于P极116的上方并与P极116电性连接,而第二连接区122则是设置于N极117的上方并与N极117电性连接,加热区123连接于第一连接区121及第二连接区122之间,第一连接区121、第二连接区122及加热区123的材质可均为氧化铟锡,而可使加热区123、第一连接区121及第二连接区122连接后形成电流通道,而能供电流流过。在其他实施例中,加热元件的材料可为氧化锌、钨、氮化钽或氧化钽,包含但不以此为限。
由于加热元件120的第一连接区121、第二连接区122及加热区123连接后可形成电流通道,而P极116、氧化铟锡层115、第二型半导体层114、主动层113、第一型半导体层112、N极117可形成电流通道,此二电流通道共用二端的节点,而可视为并联线路130。
在第1实施例中,可各别在电子元件110和加热元件120制成时一并制成第一锡凸块141及第二锡凸块142。换句话说,电子元件110、加热元件120、第一锡凸块141及第二锡凸块142可被制作为一体。
如图2所示,第一连接区121及第二连接区122在Y轴上的宽度W1短于加热区123在Y轴上的宽度W2,且第一连接区121及第二连接区122在X轴上的长度L1长于加热区123在X轴上的长度L2。
请参阅图3、图4以及图5,并一并参阅图1及图2,电子装置100可被置于基板S1上方。基板S1上包含第一基板焊点S11及第二基板焊点S12,第一基板焊点S11用以与电子装置100的P极116电性连接,第二基板焊点S12则用以与电子装置100的N极117电性连接,如此基板S1上的驱动电路即可控制电子元件110的启闭。基板S1可为薄膜电晶体(TFT)基板,在其他实施例中,基板可以是其他种包括主动元件的线路板,但不以此为限。
如图3、图4及图5所示,第一基板焊点S11及第一锡凸块141之间可设置焊料S2,第二基板焊点S12及第二锡凸块142之间亦可设置焊料S2。在初始通予加热电流I1时,其顺向偏压高于电子元件110起始电压,故并联线路130中第一基板焊点S11、第一锡凸块141、P极116、氧化铟锡层115、第二型半导体层114、主动层113、第一型半导体层112、N极117的电流通道亦会流入加热电流I1中的一部分;并联线路130中第一基板焊点S11、第一锡凸块141、第一连接区121、加热区123、第二连接区122及第二锡凸块142的电流通道可供流入加热电流I1的另一部分,加热电流I1与顺向电流同向,加热电流I1约为30毫安且持续20毫秒,此时可让加热区123升至约260℃,并让第一锡凸块141、焊料S2及第二锡凸块142熔化,并能使电子元件110与基板S1完成焊接。在其他实施例中,在初始通予加热电流时,可让顺向偏压低于电子元件起始电压,故此时并联线路中第一基板焊点、第一锡凸块、P极、氧化铟锡层、第二型半导体层、主动层、第一型半导体层、N极的电流通道无法流入加热电流,而加热电流是全部流入加热元件。在其他实施例中,第一锡凸块及第二锡凸块亦可作为焊料使用,而可不用设置另外的焊料。
之后,可升高电流,即,通入熔断电流I2,熔断电流I2约为200毫安且持续1毫秒,此时可让加热区123升至约400℃并产生裂痕,如此将无法再使电流流过并联线路130中第一连接区121、加热区123及第二连接区122的电流通道。
换句话说,第1实施例是通过调控电流大小来达成二段式的升温,第一段升温可熔化焊料S2,而第二段升温可让并联线路130中第一连接区121、加热区123及第二连接区122的电流通道失效,如此可直接使用基板S1上原有的第一基板焊点S11、第二基板焊点S12及驱动电路即可达到焊接效果,而不用再额外设计其他加热元件。
请参阅图6,并一并参阅图1至图3,除如图4在并联线路130通入相对于电子元件110的顺向电流外,亦可如图6在并联线路130通入相对于电子元件110的逆向电流(即由第二基板焊点S12、第二锡凸块142流入再由第一锡凸块141及第一基板焊点S11流出的电流),且在焊接时,基板S1是给予逆向偏压,然不以上述揭露为限。
请参阅图7,第2实施例的电子装置的结构与焊接过程和第1实施例类似,不同之处在于,加热元件220包含二缕空处224位于加热区223,各缕空处224呈长方形,如此使得加热元件220的阻值为55.8Ω并相异于加热元件120的阻值。
请参阅图8,第3实施例的电子装置的结构与焊接过程和第1实施例类似,不同之处在于加热元件320包含多数个缕空处324位于加热区323,各缕空处324呈正方形,如此使得加热元件320的阻值可为44Ω并相异于加热元件120的阻值,同时亦相异于加热元件220的阻值。在其他实施例中,亦可通过结构上的配置,设置所欲达到的加热元件的阻值,不以上述揭露为限。
请参阅图9及图10,基板S1上设有加热元件420及电子元件410。
具体而言,电子元件410可为发光二极管,其包含元件基板、第一型半导体层、主动层、第二型半导体层、氧化铟锡层、P极以及N极,并且可设置第一锡凸块441及第二锡凸块442分别连接P极及N极。而与第1实施例不同之处在于,加热元件420是设置于基板S1,而非设置于电子元件410以与电子元件410一体成型。更具体地,加热元件420可包含第一连接区421、第二连接区422及加热区423,第一连接区421位于基板S1的表面与第一基板焊点S11之间,第二连接区422位于基板S1的表面与第二基板焊点S12之间,加热区423则位于基板S1的表面并连接第一连接区421及第二连接区422。第一连接区421、第二连接区422及加热区423的材质可均为氧化铟锡,而可使第一连接区421、第二连接区422及加热区423连接后形成电流通道,由于第一基板焊点S11是对应P极,第二基板焊点S12是对应N极,故可与P极、氧化铟锡层、第二型半导体层、主动层、第一型半导体层、N极形成的另一电流通道组成并联线路430。
如图9及图10所示,导线Wr1可连接第一基板焊点S11,导线Wr2可连接第二基板焊点S12,并且通过LED驱动器D1控制给电。而第一连接区421及第二连接区422与第一基板焊点S11及第二基板焊点S12的形状相同,故图10的俯视图中不可见第一连接区421及第二连接区422。因此,在焊接时,由LED驱动器D1控制先给予加热电流,此时加热电流流经第一连接区421、加热区423及第二连接区422,而能熔化焊料S2。之后,可给予熔断电流,加热区423产生裂痕,以将并联线路430中第一连接区421、加热区423及第二连接区422的电流通道断开。在其他实施例中,电子元件上设置的第一锡凸块及第二锡凸块亦可作为焊料使用,而可不用设置另外的焊料。
请参阅图11,焊接电子元件的方法500包含基板提供步骤510、电子元件提供步骤520、导电焊接步骤530及导电断开步骤540。
基板提供步骤510中,提供基板,基板包含第一基板焊点及第二基板焊点。
电子元件提供步骤520中,提供电子元件,其设有第一元件焊点及第二元件焊点,使第一元件焊点通过焊料接触第一基板焊点,且使第二元件焊点通过另一个焊料接触第二基板焊点。
导电焊接步骤530中,通过第一基板焊点及第二基板焊点提供第一电流给导电加热结构,导电加热结构位于电子元件上以在第一元件焊点及第二元件焊点之间形成电流通道,或位于基板上以在第一基板焊点及第二基板焊点之间形成电流通道,第一电流经过电流通道,使导电加热结构发热以让前述焊料熔化并连接第一基板焊点与第一元件焊点,及使前述另一个焊料熔化并连接第二基板焊点与第二元件焊点。
导电断开步骤540中,通过第一基板焊点及第二基板焊点提供第二电流给导电加热结构,以断开电流通道。
配合图1的第1实施例而言,第一锡凸块141可被定义为第一元件焊点,第二锡凸块142可被定义为第二元件焊点,加热元件120可为导电加热结构而位于电子元件110上;或者,当第一锡凸块141及第二锡凸块142做为焊料使用时,P极116可被定义为第一元件焊点,N极117可被定义为第二元件焊点。又,配合图8的第4实施例而言,加热元件420可为导电加热结构而位于基板S1上。据此,可通过基板上的第一基板焊点及第二基板焊点直接提供第一电流给导电加热结构,导电加热结构通电后将产生热能并可熔化焊料,最后再通过加大电流,而能使加热区产生裂痕,而使得电流通道断开。通电时,LED驱动器可控制第一基板焊点及第二基板焊点之间产生加热电流,而加热电流中流入导电加热结构的部分即可被定义为第一电流,在一个实施例中,加热电流可以是完全流入导电加热结构并相等于第一电流,然不以此为限;类似地,LED驱动器可控制第一基板焊点及第二基板焊点之间产生熔断电流,而熔断电流中流入导电加热结构的部分即可被定义为第二电流,而加热电流小于熔断电流,故第一电流亦小于第二电流。
请参阅图12,在一个实施例中,可执行步骤501,提供基板,在其上是具有欲焊接位置。如图1所示,基板S1可包含第一基板焊点S11及第二基板焊点S12。
执行步骤502,将电子装置放置于基板的欲焊接位置处。如图1及图3所示,其将电子装置100放置于基板S1上,并且第一锡凸块141对应第一基板焊点S11,第二锡凸块142对应第二基板焊点S12。
执行步骤503,在电子装置中的电子元件和基板的欲焊接位置处间施加焊料。如图3所示,可施加焊料S2于第一基板焊点S11与第一锡凸块141之间,及施加焊料S2于第二基板焊点S12与第二锡凸块142之间。在其他实施例中,焊料是可分别施加于电子元件的P极和N极上,即第一锡凸块及第二锡凸块相当于焊料,而不用再施加额外的焊料。
执行步骤504,在电子装置中的并联线路通入加热电流,使并联线路上的加热元件产生热量以熔融焊料,而借熔融的焊料将电子元件焊固于基板的欲焊接位置处。其中加热电流是可为相对于并联线路上的电子元件的顺向电流。如图3至图5所示,可使加热电流I1由第一基板焊点S11及第一锡凸块141流入第一连接区121、加热区123及第二连接区122,再由第二锡凸块142及第二基板焊点S12流出(流经上述元件内的电流亦即为第一电流)。如此让加热区123可通电升温,并让第一锡凸块141、焊料S2及第二锡凸块142熔化,以将电子元件110与基板S1焊接。在其他实施例中,加热电流是可为相对于并联线路上的电子元件的逆向电流。
之后,可执行步骤505中,在电子装置通入较加热电流为大的熔断电流,而使并联线路在加热元件处形成断路,而熔断电流是可为相对于电子装置上的电子元件的顺向电流。如图3至图5所示,当焊料S2熔化完成焊接后,第一连接区121、第二连接区122及加热区123的电流通道即无存在的必要。因此,可通过通入熔断电流I2(例如是200毫安),而使熔断电流I2全部或至少一部分(此时流经第一连接区121、加热区123及第二连接区122内的电流即为第二电流)通入以使加热区123产生裂痕,如此第一连接区121、第二连接区122及加热区123的电流通道将断开,第一连接区121及第二连接区122无法通过加热区123电性连接。最后,可执行步骤506中,停止通入熔断电流。请特别注意,在本文中,是可包含「将加热电流关闭后,再通入熔断电流」以及「不停止加热电流而是将电流加大,以使加热电流变成熔断电流」二种实施态样。
请参阅图13,在另一个实施例中,执行步骤511,其包含提供基板,在其上是具有欲焊接位置,在基板上是更设有加热元件,加热元件是对应于欲焊接位置设置。如图9所示,基板S1上包含第一基板焊点S11及第二基板焊点S12,加热元件420的第一连接区421、第二连接区422及加热区423均位于基板S1的表面。
执行步骤512,将电子元件放置于基板的欲焊接位置处,并使电子元件与加热元件以并联的方式连接以形成并联线路。如图9所示,放置电子元件410于基板S1上,且第一锡凸块441对应第一基板焊点S11及第一连接区421,第二锡凸块442对应第二基板焊点S12及第二连接区422,而形成并联线路430。
执行步骤513,在电子元件和基板的欲焊接位置处间施加焊料。如图9所示,可施加焊料S2于第一基板焊点S11与第一锡凸块441之间,及施加焊料S2于第二基板焊点S12与第二锡凸块442之间。在其他实施例中,焊料是可分别施加于电子元件的P极和N极上,即第一锡凸块及第二锡凸块相当于焊料,而不用再施加额外的焊料。
执行步骤514,在并联线路通入加热电流,使并联线路上的加热元件产生热量以熔融焊料,而借熔融的焊料将电子元件焊固于基板的欲焊接位置处。如图9所示,可使加热电流I1由第一基板焊点S11及第一锡凸块441流入第一连接区421、加热区423及第二连接区422(流经上述元件内的电流亦即为第一电流),再由第二锡凸块442及第二基板焊点S12流出。如此让加热区423可通电升温,并让第一锡凸块441、焊料S2及第二锡凸块442熔化,以将电子元件410与基板S1焊接。在其他实施例中,亦可通入逆向电流。
之后,可执行步骤515中,在并联线路通入较加热电流为大的熔断电流,而使并联线路在加热元件处形成断路。如图9所示,当焊料S2熔化完成焊接后,第一连接区421、第二连接区422及加热区423的电流通道即无存在的必要。因此,可通过通入熔断电流I2(例如是200毫安),而使熔断电流I2的全部或至少一部分(此时流经第一连接区421、加热区423及第二连接区422内的电流即为第二电流)通入以使加热区423产生裂痕,如此第一连接区421、第二连接区422及加热区423的电流通道将断开,第一连接区421及第二连接区422无法通过加热区423电性连接。最后,可执行步骤516中,停止通入熔断电流。
本发明可更包含一种制造LED显示器的方法,其是包括如图11、图12及图13所述的焊接电子元件的方法500焊接LED。
虽然本发明已以实施例揭露如上,然其并非用以限定本发明,任何熟习此技艺者,在不脱离本发明的精神和范围内,当可作各种的更动与润饰,因此本发明的保护范围当视权利要求所界定者为准。
Claims (13)
1.一种电子装置,其特征在于,包含:
电子元件;
加热元件,其是设在该电子元件上;以及
并联线路,其将该电子元件和该加热元件并联连接。
2.如权利要求1所述的电子装置,其特征在于,该加热元件的材料是氧化铟锡(ITO)、氧化锌(ZnO)、钨、氮化钽或氧化钽。
3.如权利要求1所述的电子装置,其特征在于,该电子元件是发光二极管(LED)。
4.一种焊接电子元件的方法,其特征在于,包含:
提供基板,在其上是具有欲焊接位置;
将如权利要求1的电子装置放置于该基板的欲焊接位置处;
在该电子装置中的该电子元件和该基板的欲焊接位置处间施加焊料;
在该电子装置中的该并联线路通入加热电流,使该并联线路上的该加热元件产生热量以熔融该焊料,而借熔融的该焊料将该电子元件焊固于该基板的欲焊接位置处;
在该并联线路通入较该加热电流为大的熔断电流,而使该并联线路在该加热元件处形成断路;以及
停止通入该熔断电流。
5.一种焊接电子元件的方法,其特征在于,包含:
提供基板,在其上是具有欲焊接位置,在该基板上是更设有加热元件,该加热元件是对应于欲焊接位置设置;
将电子元件放置于该基板的欲焊接位置处,并使该电子元件与该加热元件以并联的方式连接以形成并联线路;
在该电子元件和该基板的欲焊接位置处间施加焊料;
在该并联线路通入加热电流,使该并联线路上的该加热元件产生热量以熔融该焊料,而借熔融的该焊料将该电子元件焊固于该基板的欲焊接位置处;
在该并联线路通入较该加热电流为大的熔断电流,而使该并联线路在该加热元件处形成断路;以及
停止通入该熔断电流。
6.如权利要求4或5所述的焊接电子元件的方法,其特征在于,该加热电流是相对于该并联线路上的该电子元件的顺向电流。
7.如权利要求4或5所述的焊接电子元件的方法,其特征在于,该加热电流是相对于该并联线路上的该电子元件的逆向电流。
8.如权利要求4或5所述的焊接电子元件的方法,其特征在于,该熔断电流是相对于该并联线路上的该电子元件的顺向电流。
9.如权利要求4或5所述的焊接电子元件的方法,其特征在于,该熔断电流是相对于该并联线路上的该电子元件的逆向电流。
10.如权利要求4或5所述的焊接电子元件的方法,其特征在于,该基板是薄膜电晶体(TFT)基板。
11.如权利要求4或5所述的焊接电子元件的方法,其特征在于,该电子元件是发光二极管(LED)。
12.如权利要求11所述的焊接电子元件的方法,其特征在于,该焊料是分别施加于发光二极管的P极和N极上。
13.一种制造LED显示器的方法,其特征在于,其是包括如权利要求11所述的焊接电子元件的方法焊接LED。
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