一、車規(guī)級IGBT與工業(yè)級IGBT模塊的區(qū)別

車規(guī)級IGBT和工業(yè)級IGBT模塊雖然都屬于IGBT（絕緣柵雙極型晶體管）這一類型的功率半導(dǎo)體器件，但在多個方面存在明顯區(qū)別。

（一）工作溫度范圍

• 車規(guī)級IGBT：車規(guī)級半導(dǎo)體要求可承受溫度區(qū)間達 -40°C至150°C。這是因為汽車的工作環(huán)境復(fù)雜多變，無論是寒冷的冬季還是炎熱的夏季，車規(guī)級IGBT都需要正常工作。例如在極寒地區(qū)啟動汽車時，以及汽車長時間在高溫環(huán)境下行駛或者暴曬后，IGBT都要保持性能穩(wěn)定。

• 工業(yè)級IGBT：其可承受的溫度范圍為 -40至105°C，相比車規(guī)級的溫度范圍更窄。工業(yè)環(huán)境通常有相對穩(wěn)定的溫度控制或者散熱條件，所以對溫度的耐受范圍要求沒有車規(guī)級那么高，如一般的工廠車間環(huán)境溫度相對穩(wěn)定在一定范圍內(nèi)。

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（二）可靠性要求

• 車規(guī)級IGBT

• 壽命要求長：汽車的使用年限較長，并且在整個使用周期內(nèi)IGBT模塊需要持續(xù)穩(wěn)定工作，所以車規(guī)級IGBT產(chǎn)品壽命要求較長。例如一輛汽車正常的使用壽命可能達到10年甚至更久，在這期間車規(guī)級IGBT不能輕易出現(xiàn)故障。

• 適應(yīng)復(fù)雜工況：車輛運行時狀況復(fù)雜多變，如頻繁啟停、加減速帶來的電流沖擊，會導(dǎo)致IGBT結(jié)溫快速變化。而且在采用永磁同步電機的電動汽車啟動、駐車時，電機近似堵轉(zhuǎn)工況下，IGBT模塊持續(xù)承受大電流，造成模塊局部過熱。此外汽車行駛中可能受到較大的震動和顛簸。這些都對車規(guī)級IGBT的可靠性提出了很高的要求。

• 工業(yè)級IGBT：雖然工業(yè)環(huán)境也有不同的工況，但相比于汽車環(huán)境，其震動、電流沖擊等情況相對較為規(guī)律和可預(yù)測，所以對可靠性要求在某些方面沒有車規(guī)級那么嚴格。例如工業(yè)設(shè)備可能按照固定的程序進行啟動、停止和運行，電流和溫度的變化相對較為平穩(wěn)。

（三）封裝要求

• 車規(guī)級IGBT

• 更高的封裝標(biāo)準(zhǔn)：車規(guī)級IGBT技術(shù)重視散熱以及產(chǎn)品性能，模塊封裝要求更高。由于汽車工作溫度高且需要注重強振動條件，其封裝要求高于工業(yè)級和消費級。例如在封裝時對于綁定線自身、相關(guān)連接件以及封裝外殼等都有特殊要求，并且IGBT封裝對于溫度、襯板焊料層等也是封裝需要著重注意的地方。

• 滿足特定環(huán)境需求：汽車零部件對于氣候條件有一定要求，在高溫、高濕、高壓條件下要避免腐蝕或氧化。所以車規(guī)級IGBT的封裝需要考慮這些因素，以保證在汽車各種惡劣環(huán)境下正常工作。

• 工業(yè)級IGBT：工業(yè)級IGBT模塊的封裝更多側(cè)重于滿足基本的電氣性能和散熱需求，以及適應(yīng)工業(yè)環(huán)境的一般性防護。例如在一般的工業(yè)控制柜中，主要考慮的是防塵、防潮等基本防護，對強震動等特殊情況的應(yīng)對要求相對較低。

（四）性能優(yōu)化的側(cè)重點

• 車規(guī)級IGBT：需要對芯片各方面進行優(yōu)化以滿足汽車復(fù)雜工況下的高性能要求。例如優(yōu)化芯片的耐高溫、抗震動、抗大電流沖擊等性能，因為在汽車中IGBT直接控制驅(qū)動系統(tǒng)直、交流電的轉(zhuǎn)換同時負責(zé)電機變頻控制，其性能直接影響新能源汽車驅(qū)動系統(tǒng)的扭矩和最大輸出功率等。

• 工業(yè)級IGBT：工業(yè)級IGBT更側(cè)重于提高功率轉(zhuǎn)換效率、降低開關(guān)損耗等方面的優(yōu)化，以滿足工業(yè)設(shè)備對于節(jié)能、高效的需求。例如在工業(yè)電機的變頻調(diào)速系統(tǒng)中，IGBT的開關(guān)損耗會影響整個系統(tǒng)的效率，所以降低開關(guān)損耗是一個重要的優(yōu)化方向。

（五）應(yīng)用場景特性

• 車規(guī)級IGBT：主要應(yīng)用于新能源汽車的電機控制器、高壓充電機、空調(diào)系統(tǒng)等電氣組件。在這些應(yīng)用場景中，IGBT是核心元器件，如在電機控制器中，IGBT模塊要精確控制電機的運轉(zhuǎn)，對于整車的動力性能有著關(guān)鍵影響。

• 工業(yè)級IGBT：廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制領(lǐng)域，如變頻器、逆變焊機、電磁感應(yīng)加熱、工業(yè)電源等。在這些工業(yè)應(yīng)用場景中，IGBT主要起到功率轉(zhuǎn)換、控制電流和電壓等作用，以滿足不同工業(yè)設(shè)備的運行需求。

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二、車規(guī)級IGBT特點

（一）高可靠性以應(yīng)對復(fù)雜工況

• 汽車的運行工況復(fù)雜多樣，車規(guī)級IGBT必須具備高可靠性才能保證在汽車中的正常使用。在車輛行駛過程中，路況復(fù)雜多變，例如頻繁啟停是常見的情況。在城市擁堵路況下，汽車可能每隔幾分鐘就要啟停一次，這會使IGBT模塊工作電流相應(yīng)地頻繁升降，導(dǎo)致IGBT的結(jié)溫快速變化。這種頻繁的溫度變化對IGBT模塊的壽命是個很大的考驗，如果IGBT的可靠性不足，很容易在這種工況下出現(xiàn)故障。

• 另外，采用永磁同步電機的電動汽車在啟動、駐車時，電機工作在近似堵轉(zhuǎn)工況，此時的IGBT模塊持續(xù)承受著大電流，從而會造成模塊的局部過熱。而且汽車在行駛中會受到較大的震動和沖擊，這對IGBT模塊的各引線端子的機械強度提出了較高的要求。車規(guī)級IGBT需要在這些復(fù)雜的機械和電氣環(huán)境下長期穩(wěn)定工作，因此其在設(shè)計、制造和封裝等環(huán)節(jié)都要進行特殊的處理以確保高可靠性，例如采用特殊的封裝材料和結(jié)構(gòu)來增強抗震動能力，優(yōu)化芯片的散熱設(shè)計以應(yīng)對大電流產(chǎn)生的熱量等。

（二）寬溫度范圍適應(yīng)性

• 車規(guī)級IGBT的工作溫度范圍為 -40°C至150°C，這一寬溫度范圍適應(yīng)了汽車可能面臨的各種環(huán)境溫度。汽車的使用環(huán)境不受限制，無論是寒冷的極地地區(qū)還是炎熱的沙漠地區(qū)，汽車都要能夠正常啟動和行駛。

• 在低溫環(huán)境下，例如 -40°C的極寒條件，車規(guī)級IGBT的材料特性、電學(xué)性能等依然要保持穩(wěn)定，能夠正常進行功率轉(zhuǎn)換等工作。在高溫環(huán)境下，如夏季長時間暴曬后的汽車內(nèi)部溫度可能會升高到很高的水平，此時車規(guī)級IGBT也需要正常工作而不會出現(xiàn)性能下降或者故障。這種寬溫度范圍適應(yīng)性要求車規(guī)級IGBT在芯片設(shè)計、封裝材料選擇等方面進行優(yōu)化，例如選擇能夠在寬溫度范圍內(nèi)保持穩(wěn)定性能的半導(dǎo)體材料，采用具有良好熱穩(wěn)定性的封裝材料等。

（三）高散熱要求與封裝特性

• 車規(guī)級IGBT在汽車中的應(yīng)用場景決定了其具有高散熱要求。如在電動汽車的電機控制器中，IGBT模塊在工作時會產(chǎn)生大量的熱量，而過高的溫度會影響IGBT的性能和壽命。因此，車規(guī)級IGBT的封裝需要具備良好的散熱性能。

• 車規(guī)級IGBT模塊的封裝要求高于工業(yè)級和消費級。其封裝需要滿足振動等級的要求，對于綁定線自身、相關(guān)連接件以及封裝外殼等都有嚴格的規(guī)定。例如，封裝外殼要能夠承受汽車行駛中的震動，同時還要保證良好的散熱性能。在封裝過程中，IGBT封裝對于溫度、襯板焊料層等也是需要著重注意的方面，以確保在汽車復(fù)雜的工作環(huán)境下，IGBT模塊能夠穩(wěn)定工作，并且熱量能夠及時散發(fā)出去，避免局部過熱導(dǎo)致的性能下降或損壞。

（四）對汽車性能有直接影響

• 車規(guī)級IGBT是新能源汽車的電機控制器、高壓充電機、空調(diào)系統(tǒng)等電氣組件的核心元器件。在電機控制器中，IGBT直接控制驅(qū)動系統(tǒng)直、交流電的轉(zhuǎn)換同時負責(zé)電機變頻控制，其技術(shù)水平影響新能源汽車驅(qū)動系統(tǒng)的扭矩和最大輸出功率等關(guān)鍵性能指標(biāo)。

• 在高壓充電機中，IGBT的性能決定了充電效率和充電安全性等方面。在空調(diào)系統(tǒng)中，IGBT的正常工作能夠保證空調(diào)的制冷或制熱效果。因此，車規(guī)級IGBT的性能優(yōu)劣直接關(guān)系到汽車整體性能的好壞，在汽車的設(shè)計和制造過程中，對車規(guī)級IGBT的選擇和優(yōu)化是非常重要的環(huán)節(jié)。

（五）長壽命設(shè)計

• 汽車作為一種耐用消費品，其使用年限較長，這就要求車規(guī)級IGBT具有長壽命的特點。在汽車的整個生命周期內(nèi)，IGBT需要持續(xù)穩(wěn)定地工作，不能輕易出現(xiàn)故障。

• 為了實現(xiàn)長壽命設(shè)計，車規(guī)級IGBT在芯片制造、封裝等方面都要進行優(yōu)化。例如，在芯片制造過程中，要提高芯片的質(zhì)量和穩(wěn)定性，減少芯片內(nèi)部的缺陷。在封裝方面，要選擇高質(zhì)量的封裝材料和可靠的封裝工藝，以防止外界環(huán)境因素對芯片的侵蝕和損壞，從而延長IGBT的使用壽命。

三、工業(yè)級IGBT模塊特點

（一）廣泛的工業(yè)應(yīng)用適應(yīng)性

• 工業(yè)領(lǐng)域涵蓋眾多不同類型的設(shè)備和應(yīng)用場景，工業(yè)級IGBT模塊具有廣泛的工業(yè)應(yīng)用適應(yīng)性。在工業(yè)控制領(lǐng)域，例如變頻器是常見的設(shè)備，用于對電機的速度進行調(diào)節(jié)，工業(yè)級IGBT模塊在變頻器中能夠?qū)崿F(xiàn)高效的直流 - 交流轉(zhuǎn)換，通過改變輸出頻率來控制電機的轉(zhuǎn)速，從而滿足不同工業(yè)生產(chǎn)過程中對電機速度的精確控制要求。

• 在逆變焊機中，工業(yè)級IGBT模塊能夠?qū)⒅绷麟娹D(zhuǎn)換為交流電，為焊接過程提供穩(wěn)定的電源，并且可以根據(jù)焊接工藝的不同要求調(diào)整輸出電流和電壓。在電磁感應(yīng)加熱設(shè)備中，IGBT模塊可以控制高頻電流的產(chǎn)生，實現(xiàn)對金屬材料的高效加熱，廣泛應(yīng)用于金屬加工、熱處理等工業(yè)過程。這種廣泛的適應(yīng)性得益于IGBT模塊的特性，它融合了雙極型三極管（BJT）和絕緣柵型場效應(yīng)管（MOS）的優(yōu)點，如驅(qū)動功率小和飽和壓降低等，能夠滿足各種工業(yè)應(yīng)用場景下的功率轉(zhuǎn)換和控制需求。

（二）注重功率轉(zhuǎn)換效率

• 在工業(yè)生產(chǎn)中，能源的高效利用是一個重要的考慮因素，因此工業(yè)級IGBT模塊注重功率轉(zhuǎn)換效率。工業(yè)級IGBT模塊在工作過程中，通過優(yōu)化其內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作參數(shù)，可以降低通態(tài)損耗和開關(guān)損耗，從而提高功率轉(zhuǎn)換效率。

• 例如在工業(yè)電源應(yīng)用中，高功率轉(zhuǎn)換效率意味著更少的能量損耗，這不僅可以降低生產(chǎn)成本，還可以減少對能源的消耗，符合工業(yè)生產(chǎn)中的節(jié)能減排要求。對于一些大型工業(yè)設(shè)備，如大型電機的驅(qū)動系統(tǒng)，功率轉(zhuǎn)換效率的提高可以顯著降低設(shè)備的運行成本，提高整個工業(yè)生產(chǎn)過程的經(jīng)濟性。通過采用先進的芯片制造工藝和優(yōu)化的電路設(shè)計，工業(yè)級IGBT模塊能夠在不同的電壓、電流和頻率條件下實現(xiàn)較高的功率轉(zhuǎn)換效率。

（三）相對穩(wěn)定的工作環(huán)境適應(yīng)性

• 雖然工業(yè)環(huán)境也存在一定的變化，但相比于汽車環(huán)境，其工作環(huán)境相對穩(wěn)定。工業(yè)級IGBT模塊通常安裝在工業(yè)控制柜內(nèi)，這些控制柜一般位于工廠車間等相對穩(wěn)定的環(huán)境中。

• 車間環(huán)境通常有一定的溫度和濕度控制措施，例如在一些精密電子設(shè)備制造車間，會通過空調(diào)系統(tǒng)將溫度控制在一定范圍內(nèi)，濕度也會保持相對穩(wěn)定，以避免對電子設(shè)備造成影響。同時，工業(yè)設(shè)備的運行模式相對固定，電流、電壓等工作參數(shù)的變化相對較為規(guī)律，不像汽車那樣存在頻繁的啟停、急加速和急減速等情況。因此，工業(yè)級IGBT模塊在設(shè)計和制造時主要考慮適應(yīng)這種相對穩(wěn)定的工作環(huán)境，在可靠性方面的要求相對集中在滿足正常工作狀態(tài)下的長時間穩(wěn)定運行。

（四）標(biāo)準(zhǔn)化封裝滿足工業(yè)需求

• 工業(yè)級IGBT模塊的封裝通常采用標(biāo)準(zhǔn)化的形式，以滿足工業(yè)應(yīng)用中的安裝、維護和互換性需求。這種標(biāo)準(zhǔn)化封裝使得IGBT模塊在不同的工業(yè)設(shè)備之間具有較好的兼容性，可以方便地進行更換和升級。

• 例如，常見的工業(yè)級IGBT模塊封裝形式有焊接式和壓接式兩類。高壓IGBT模塊一般以標(biāo)準(zhǔn)焊接式封裝為主，中低壓IGBT模塊則出現(xiàn)了很多新技術(shù)，如燒結(jié)取代焊接，壓力接觸取代引線鍵合的壓接式封裝工藝。這些封裝形式在滿足電氣連接、散熱等基本功能的同時，也便于工業(yè)生產(chǎn)中的自動化組裝和測試過程。標(biāo)準(zhǔn)化的封裝還便于工業(yè)用戶對IGBT模塊進行庫存管理和維護，降低了工業(yè)設(shè)備的維護成本和停機時間。

（五）模塊化便于集成與維修

• 工業(yè)級IGBT模塊是將多個IGBT芯片與續(xù)流二極管芯片（FWD）通過特定的電路橋接封裝而成的模塊化半導(dǎo)體產(chǎn)品。這種模塊化的設(shè)計具有很多優(yōu)點，便于在工業(yè)設(shè)備中的集成應(yīng)用。

• 在工業(yè)設(shè)備的電路板設(shè)計中，IGBT模塊可以作為一個獨立的功能模塊進行布局，簡化了電路設(shè)計過程。同時，當(dāng)IGBT模塊出現(xiàn)故障時，模塊化的設(shè)計便于維修人員進行快速更換，減少了設(shè)備的維修時間。例如在大型工業(yè)變頻器中，如果其中的IGBT模塊出現(xiàn)故障，維修人員可以直接將故障模塊取出，更換為新的模塊，而不需要對整個電路板進行復(fù)雜的檢測和維修，提高了工業(yè)設(shè)備的可維護性和可用性。

四、車規(guī)級IGBT與工業(yè)級IGBT性能對比

（一）溫度性能對比

• 車規(guī)級IGBT：車規(guī)級IGBT可承受的溫度范圍為 -40°C至150°C，能夠適應(yīng)汽車在極端寒冷和炎熱環(huán)境下的工作需求。在低溫環(huán)境下，車規(guī)級IGBT的性能不會因低溫而出現(xiàn)明顯下降，如在 -40°C時仍能正常進行功率轉(zhuǎn)換和控制功能。在高溫環(huán)境下，例如汽車發(fā)動機艙內(nèi)溫度升高到150°C時，車規(guī)級IGBT也能保持穩(wěn)定的工作狀態(tài)。這得益于其在芯片材料、封裝材料和散熱設(shè)計等方面的特殊優(yōu)化。

• 工業(yè)級IGBT：工業(yè)級IGBT的工作溫度范圍是 -40至105°C，相比車規(guī)級IGBT的溫度范圍更窄。在超出這個溫度范圍時，工業(yè)級IGBT的性能可能會受到影響，如在高溫接近105°C時，可能會出現(xiàn)性能下降、壽命縮短等問題，因為其設(shè)計和制造主要是為了適應(yīng)相對穩(wěn)定的工業(yè)環(huán)境溫度，沒有像車規(guī)級IGBT那樣進行寬溫度范圍的優(yōu)化。

（二）可靠性性能對比

• 車規(guī)級IGBT：車規(guī)級IGBT需要在復(fù)雜的汽車工況下保持高度可靠。汽車行駛中的震動、頻繁的啟停、大電流沖擊等情況對IGBT的可靠性是巨大的考驗。車規(guī)級IGBT在設(shè)計上要考慮到這些因素，例如采用特殊的封裝結(jié)構(gòu)來抵抗震動，優(yōu)化芯片的散熱路徑以應(yīng)對大電流沖擊下的熱量產(chǎn)生，并且在制造過程中要經(jīng)過嚴格的質(zhì)量檢測和可靠性測試，以確保在汽車的整個使用壽命周期內(nèi)能夠穩(wěn)定工作。

• 工業(yè)級IGBT：工業(yè)級IGBT的可靠性主要是針對相對穩(wěn)定的工業(yè)環(huán)境。雖然工業(yè)環(huán)境也有不同的工況，但相比于汽車環(huán)境，其震動、電流沖擊等情況相對較為規(guī)律和可預(yù)測。工業(yè)級IGBT更多地關(guān)注在正常工作狀態(tài)下的長時間穩(wěn)定運行，對極端工況下的可靠性要求相對較低。例如在工業(yè)設(shè)備的定期維護下，IGBT能夠按照預(yù)定的程序穩(wěn)定工作，但如果面臨像汽車那樣頻繁的沖擊和震動，可能就容易出現(xiàn)故障。

（三）散熱性能對比

• 車規(guī)級IGBT：車規(guī)級IGBT具有較高的散熱要求。在汽車應(yīng)用中，如電動汽車的電機控制器中的IGBT模塊，工作時會產(chǎn)生大量的熱量，而且汽車內(nèi)部空間有限，散熱條件相對較差。因此，車規(guī)級IGBT在封裝和散熱設(shè)計上需要進行優(yōu)化，例如采用高效的散熱材料、特殊的散熱結(jié)構(gòu)（如雙面散熱等）來確保熱量能夠及時散發(fā)出去，避免局部過熱影響性能和壽命。

• 工業(yè)級IGBT：工業(yè)級IGBT的散熱需求相對較低。工業(yè)設(shè)備通常有相對較大的安裝空間，并且可以通過外部散熱裝置（如散熱器等）來輔助散熱。雖然也需要考慮散熱問題，但不像車規(guī)級IGBT那樣面臨著緊湊空間和高發(fā)熱密度的挑戰(zhàn)。例如在工業(yè)控制柜中，IGBT模塊可以安裝在有足夠空間的散熱片上，通過空氣對流或其他散熱方式來保證工作溫度在正常范圍內(nèi)。

（四）功率性能對比

• 車規(guī)級IGBT：車規(guī)級IGBT直接影響新能源汽車驅(qū)動系統(tǒng)的扭矩和最大輸出功率等性能指標(biāo)。在汽車的電機控制器中，IGBT需要精確地控制電機的運轉(zhuǎn)，其功率性能要滿足汽車不同行駛狀態(tài)下的需求，如加速、爬坡等需要高功率輸出的情況。同時，車規(guī)級IGBT還要考慮在不同工況下的功率損耗，以保證汽車的能效。

• 工業(yè)級IGBT：工業(yè)級IGBT在工業(yè)應(yīng)用中的功率性能側(cè)重于滿足各種工業(yè)設(shè)備的功率需求。例如在大型工業(yè)電機的驅(qū)動中，IGBT的功率要能夠滿足電機的啟動、運行和調(diào)速等需求；在逆變焊機中，IGBT的功率要能夠提供穩(wěn)定的焊接電流和電壓。工業(yè)級IGBT的功率性能更多地是根據(jù)不同工業(yè)設(shè)備的具體要求進行設(shè)計和優(yōu)化，與汽車的功率需求有不同的側(cè)重點。

（五）使用壽命對比

• 車規(guī)級IGBT：車規(guī)級IGBT由于汽車的長使用周期要求，其產(chǎn)品壽命要求較長。汽車的正常使用壽命可能達到10年甚至更久，在這期間車規(guī)級IGBT需要持續(xù)穩(wěn)定工作。為了實現(xiàn)長壽命，車規(guī)級IGBT在芯片制造、封裝等各個環(huán)節(jié)都要進行嚴格的質(zhì)量控制和優(yōu)化，例如采用高質(zhì)量的芯片材料、可靠的封裝工藝等來減少故障發(fā)生的可能性，保證在汽車的整個使用壽命內(nèi)性能穩(wěn)定。

• 工業(yè)級IGBT：工業(yè)級IGBT的使用壽命主要是根據(jù)工業(yè)設(shè)備的使用周期和維護情況而定。一般來說，工業(yè)設(shè)備的更新

IGBT芯片封裝清洗劑選擇：

水基清洗的工藝和設(shè)備配置選擇對清洗精密器件尤其重要，一旦選定，就會作為一個長期的使用和運行方式。水基清洗劑必須滿足清洗、漂洗、干燥的全工藝流程。

污染物有多種，可歸納為離子型和非離子型兩大類。離子型污染物接觸到環(huán)境中的濕氣，通電后發(fā)生電化學(xué)遷移，形成樹枝狀結(jié)構(gòu)體，造成低電阻通路，破壞了電路板功能。非離子型污染物可穿透PC B 的絕緣層，在PCB板表層下生長枝晶。除了離子型和非離子型污染物，還有粒狀污染物，例如焊料球、焊料槽內(nèi)的浮點、灰塵、塵埃等，這些污染物會導(dǎo)致焊點質(zhì)量降低、焊接時焊點拉尖、產(chǎn)生氣孔、短路等等多種不良現(xiàn)象。

這么多污染物，到底哪些才是最備受關(guān)注的呢？助焊劑或錫膏普遍應(yīng)用于回流焊和波峰焊工藝中，它們主要由溶劑、潤濕劑、樹脂、緩蝕劑和活化劑等多種成分，焊后必然存在熱改性生成物，這些物質(zhì)在所有污染物中的占據(jù)主導(dǎo)，從產(chǎn)品失效情況來而言，焊后殘余物是影響產(chǎn)品質(zhì)量最主要的影響因素，離子型殘留物易引起電遷移使絕緣電阻下降，松香樹脂殘留物易吸附灰塵或雜質(zhì)引發(fā)接觸電阻增大，嚴重者導(dǎo)致開路失效，因此焊后必須進行嚴格的清洗，才能保障電路板的質(zhì)量。

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