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一文读懂湿度对pcb工艺过程的影响

PCB线路板打样 2020-11-23 14:05 次阅读

作者:英国 马瑟韦尔 TSI Consultants公司技术总监:Mike Cummings

湿度在制造过程中起着关键的作用,太低将导致东西干燥,ESD增加,灰尘水平较高,模板开孔更容易堵塞,模板磨损增加,已经证明湿度太低直接影响并降低生产能力。太高将导致材料潮湿吸收水分,造成分层,爆米花效应、焊料球。潮湿也降低了材料的Tg值,增大了回流焊期间的动态翘曲。

表面潮湿简介

金属上的潮湿吸水层等

几乎所有的固体表面(如金属、玻璃、陶瓷、硅等)都有一个潮湿吸水层(单分子层或多分子层),当表面温度等于周围空气的露点温度(取决于温度、湿度和气压),这种潮湿吸水层就成为可见层。金属对金属的摩擦力随着湿度的降低而增加,在相对湿度20%RH及以下,摩擦力比在相对湿度80% RH条件下增加了1.5倍。

有机塑料上的潮湿吸水层等

多孔或吸潮表面(环氧树脂、塑料、焊剂等)往往吸收这些吸水层,即使表面温度低于露点(冷凝)时,在材料表面也看不到含有水分的吸水层。

正是这些表面上的单分子吸水层中的水渗透到塑封器件(MSD)中,当单分子吸水层在厚度上接近20层时,这些单分子吸水层吸收的水分最终会导致回流焊期间的爆米花效应。

应根据IPC-STD-020控制塑封器件在潮湿环境中的曝露状况

制造过程中的湿度影响

湿度对生产制造有多种影响,一般来说,潮湿是不可见的(重量增加除外),但带来的后果是气孔、空洞、焊料飞溅、焊球和底部填充空洞等。

对于任何工艺过程来说,最糟糕的潮湿情况是水分凝结,需确保基板表面水分控制在允许的范围内,而不会对材料或工艺过程产生不利影响。

受控的允许范围?

在几乎所有的涂层工艺(硅半导体制造中旋转涂布、掩膜和金属涂层)中,公认的措施就是控制与基板温度相对应的露点,然而基板组装制造业从来没有考虑过环境问题是一个值得关注的问题(虽然我们在全球消费者团队发布了环境控制指南和应控制的各种参数)。

随着器件制造工艺走向更精细的功能特征,更小的元件和更高密度的基板使我们的工艺要求接近了微电子和半导体行业的环境要求。

我们已经知道了灰尘控制问题,以及它给设备和工艺过程所带来的问题。我们现在要知道,元件和基板上的高湿度水平(IPC-STD-020)会引起材料性能退化、工艺和可靠性问题。

我们已经推动一些设备制造商在设备中控制环境,材料供应商配制的材料能够在更恶劣的环境中应用。到目前为止我们已经发现湿度会引起焊膏、模板、底部填充材料等的问题。

通常涂料如焊膏是由固体悬浮在溶剂、水或溶剂混合物上形成的,这些液体涂覆到金属基板的主要功能是提供粘性,粘结在金属表面,但是如果金属表面接近环境露点,水可能会部分凝结,锡膏下捕获的水分将造成附着力问题(涂层下水泡等)。

在金属涂覆工业中,露点仪可用于确保涂层对金属基体的粘附性。

从根本上说,这个仪器准确测量金属基板上或周围的湿度水平并计算露点,将这个结果与测量部件的基板表面温度进行比较,然后计算出基板温度和露点之间的∆T,如果∆T小于3~5 ℃,部件不能被涂覆,因附着力差,会导致空洞。

吸潮与相对湿度RH和露点的关系

在相对湿度约20% RH时,基板和焊盘上有一个水分子氢键的单分子层,粘接到表面(不可见)。水分子是不移动的,在这种状态下,甚至在电气性能上,水是无害的良性的。可能会发生一些干燥问题,取决于基板在车间的储存情况,这时表面上的水分交换地进行吸潮与蒸发,保持恒定的单分子层。

单分子层的进一步形成,依赖于基板表面的水分吸收。环氧树脂、焊剂和OSP都具有高吸水性,金属表面则没有。

随着与露点相关的相对湿度RH水平的提高,金属焊盘(铜)将吸湿更多的水分,甚至穿过OSP,形成多分子层(多层)。关键是单分子层20层及其以上的地方,集聚了大量的水,电子可以流动,由于污染物的存在,会形成枝晶或CAF。当接近露点温度(露点/冷凝)时,多孔表面如基板容易吸收大量的水,当低于露点温度时,亲水表面会显著地吸收大量的水。对于我们的电子组装工艺,当这些吸收的紧抱表面的水分达到一个临界量时,就会引起焊剂效率降低,在底部填充和回流焊过程中排气,以及模板印刷时不良的焊膏释放等问题。

焊膏

实际上焊膏与涂覆材料如涂料有类似的过程,尽可能多的助焊剂必须粘附到基板表面,以使焊膏有效地从模板开孔中释放。接近周围环境露点的焊膏会降低粘性强度,从而导致焊膏释放不良。

ECU单元的空气温度应尽可能遵守与露点有关的金属涂覆的规则,即对于金属涂覆,如金或锡,基板温度应不超过露点温度4±1 ℃的界限,对于多孔/亲水表面,如OSP,我们要求的最低温度应≥5 ℃。

DEK印刷机设置

在车间,DEK ECU实际设定温度26 ℃。机内环境相对湿度45% RH,机内环境下计算的基板露点温度15 ℃。进入丝网印刷机之前记录的最冷基板温度是19 ℃,ΔT(基板温度与露点之差)是(19 ℃-15 ℃)4 ℃,这仅仅达到了金属安全涂覆ASTM和ISO涂层规范(最低4±1℃)的低限,但是现场的生产操作就有可能失败。多孔表面涂覆规范要求基板温度高于5 ℃,因此我们可以认为该基板将吸潮。

如果我们把一个冷的(19 ℃)基板放置到其他设备上,如富士设备,车间湿度>60%RH,我们会有一个2 ℃的ΔT,这将根本不能满足ASTM/ISO涂覆规范要求,因为基板太湿。优化的良好设置应是露点之上≥5 ℃。

车间测量

基板表面吸收的水分取决于表面温度与环境空气温度和相对湿度(露点),当基板温度接近露点时,由于形成较厚的多分子层水层,焊盘潮湿,将使焊膏等的附着力(粘性)低下,造成模板开孔中焊膏的不良释放。

下面是根据车间情况的各种温度和湿度范围计算的临界温度。记录了三个基板温度19 ℃、20 ℃和21 ℃,图1给出了以避免水分吸收的安全的车间湿度与温度范围(设备内部环境需要测量)。

基板温度稍高,对车间环境的要求就相对较低。

露点试验(达因值)

当湿度增加(>50% RH),基板表面温度在接近露点温度的4~5 ℃范围内,所有的基板表面都有润湿不良。我们设计了一个室内相对湿度水平43% RH的试验,基本上远低于实际测量的车间最坏情况(60%~65% RH),湿度对工艺过程的影响是很普遍的。我们进行了测试,将一块清洁基板置于车间的冰箱内半小时,直到冷却到低湿度车间所需的露点温度,用达因笔测试时,达因值已经从>40达因降至37达因,这足以说明湿度对工艺过程的影响,在高湿度和室温下影响会更大,达因值肯定会更急剧地下降。
编辑:hfy

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LC898128DP1 OIS和开放式AF控制LSI

28DP1XGTBG是一个系统LSI,集成了片上32位DSP,FLASH ROM和外围设备,包括用于OIS(光学图像稳定)/开放式AF(自动聚焦)控制的模拟电路,恒流驱动器 特性 优势 片上DSP 数字伺服滤波器,陀螺滤波器,4轴OIS软件 小尺寸/超薄芯片 易于放置在小型PCB上 应用 终端产品 OIS相机模块 智能手机 平板电脑 电路图、引脚图和封装图
发表于 07-31 03:02 492次 阅读

NCP51530 高频700 V- 2 A高端和低端驱动器

30是一款700 V高侧和低侧驱动器,具有高驱动能力,适用于AC-DC电源和逆变器。 NCP51530在高工作频率下提供同类最佳的传播延迟,低静态电流和低开关电流。因此,该器件可为高频工作的电源提供高效设计。 NCP51530采用SOIC8和DFN10封装。 特性 优势 高压范围:高达700 V AC / DC设计的设计余量 传播延迟非常快(B版本为25 ns) ) 适合高频操作 匹配传播延迟(最大7 ns) 提高效率&安培;允许并联 高达50 V / ns的高dv / dt抗扰度和负瞬态抗扰度 非常稳健的设计 DFN10封装,具有优化的引脚输出 小PCB占位面积,改善的爬电距离和寄生 快速上升和下降时间(最长15 ns) 适合重载 应用 终端产品 半满和满-bridge Converters 有源钳位反激式适配器 电机控制电源 服务器,电信和工业用电源 电动助力转向 太阳能逆变器 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-31 01:02 2107次 阅读

NCV8186 LDO稳压器 1 A 超低压差 高PSRR

6是一款极低压降稳压器,可提供高达1 A的负载电流,并在-40至85°C范围内保持1.0%的出色输出电压精度。工作输入电压范围为1.8 V至5.5 V,使该器件适用于锂离子电池供电的产品以及后调节应用。该产品提供多种固定输出电压选项,其他产品可根据要求提供,范围为1.2 V至3.9 V.NCP186具有完全的过热保护和输出短路保护。启用功能。小型8针DFN8 2 mm x 2 mm封装使该器件特别适用于空间受限的应用。 特性 优势 1.8 V至5.5 V工作输入电压范围 适用于锂离子电池或后期调节应用 根据要求提供多种固定输出电压选项和其他选项,范围为1.2 V至3.9 V 设计灵活性 Typ的低静态电流。 90μA 延长电池寿命 极低压差:100 mV典型值。在Iout = 1 A(3.0V版本) 扩展电池范围 1 kHz PSRR时高75 dB 适用于噪声敏感电路 内部软启动 限制浪涌电流 在-40至85℃温度范围内的±1.0%精度 高输出电压精度 热关断和限流保护 保护产品和系统免受损坏 使用小型1μF陶瓷电容器稳定 节省PCB空间和系统成本 应用 终端产品 电池供电设备 便携...
发表于 07-30 17:02 168次 阅读

NCV59800 LDO稳压器 1 A 低压差 低Iq

00是1 A低压差线性稳压器(LDO)系列,提供高电源纹波抑制(PSRR)和超低输出噪声。该系列LDO采用先进的BiCMOS工艺实现了非常好的电气性能。它是电信设备中使用的噪声敏感模拟RF前端的理想选择。 NCV59800采用3 mm x 3 mmDFN8封装。 特性 优势 2.2 V至5.5 V工作输入电压范围 适用于锂离子电池或后期调节应用 低典型静态电流。 60μA 延长电池寿命 极低压差:200 mV典型值。在Iout = 1 A(Vout = 2.5 V) 扩展电池范围 极低噪音,15μVrms/ V通常 适用于噪音敏感的应用程序 可调软启动 限制浪涌电流 线路精度±2.5%。负载和温度范围 高输出电压精度 热关断和电流限制保护 保护产品和损坏的系统 使用4.7μF陶瓷输出电容稳定 节省PCB空间和系统成本 应用 终端产品 电信基础设施 汽车信息娱乐系统 高速I / F(PLL / VCO) 电信设备 网络设备 工业控制 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-30 16:02 427次 阅读

NCV4295C LDO稳压器 30 mA 超低压差

5C是一款单片集成低压差稳压器,输出电流能力为30 mA,采用TSOP-5封装。输出电压精确度在±4.0%以内,最大压差为250 mV,输入电压高达45 V.低静态电流通常在1 mA负载下仅消耗160μA电流。在输出欠压的情况下,电源故障输出被驱动为低电平。该器件非常适用于汽车和所有电池供电的微处理器设备。调节器具有防止电池反接,短路和热过载的条件。 特性 优势 极低压差65 mV(典型值)。 (最大250 mV),20 mA负载电流 在起动过程中以较低的输入电压运行。 电源故障输出 关于稳压器输出欠压,PCB上没有外部上拉电阻的即时信息 保护: 60 V瞬态输入电压反极性和反向偏压保护电流限制热关断 适用于恶劣的汽车环境。 3.3 V,5.0 V,±4%输出电压精度,在整个温度范围内,最高30 mA AEC-Q100 1级合格且PPAP能力 应用 终端产品 汽车通用 汽车 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-30 14:02 335次 阅读
NCV4295C LDO稳压器 30 mA 超低压差

NCP786L 线性稳压器 5 mA 450 V 超低Iq 高PSRR

L是一款高性能5 mA低压差(LDO)线性稳压器,提供非常宽的工作输入电压范围,最高工作电压为450 V DC,最大工作电压为700 V DC。它是高输入电压应用的理想选择,如工业和家庭自动化,智能计量,家用电器。 NCP786L提供±5%的输出电压精度,极高的电源抑制比和10μA的超低静态电流。 NCP786L非常适合恶劣的环境条件。 NCP786L提供可调电压调节器,输出电压范围为1.27 V至15 V. SOT-223封装提供可接受的热性能和较小的PCB尺寸。 特性 优势 工作输入电压:高达450 VDC 允许直接交流电源连接 PSRR:60 Hz时70 dB 有效降低输入纹波 静态电流:典型值10μA 大大降低空载功耗 SOT-223软件包 非常适合空间受限的应用程序 应用 终...
发表于 07-30 14:02 176次 阅读

NCP785A 线性稳压器 10 mA 450 V 超低Iq 高PSRR

A是一款高性能> 10mA线性稳压器,可提供高达450 V DC工作和700V DC最大工作输入电压范围。它是工业和家庭自动化等高输入电压应用的理想选择,智能电表,家电。 NCP785A提供±5%的输出电压精度,极高的电源抑制比和典型的超低静态电流。 15μA。 NCP785A非常适合恶劣的环境条件.NCP785A提供固定输出电压:3.3 V,5.0 V,12 V,15 V.SOT-89封装提供良好的散热性能和非常小的PCB尺寸。 特性 优势 工作输入电压:高达450 VDC 允许直接交流电源连接 PSRR:120 Hz时为80 dB 有效降低输入纹波 静态电流:15μA典型值 大大降低空载功耗 SOT89包 非常适合空间受限的应用 应用 终端产品 工业,家庭自动化,白色家电,照明 低功耗MCU应用电源 尺寸更小,无负载高效替代电容式滴管 断路器 烟雾传感器 家用电器 智能电表 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-30 12:02 264次 阅读

NCP4688 LDO稳压器 150 mA 低压差 高PSRR 低噪声

8是一款CMOS 150mA LDO线性稳压器,具有高输出电压精度,具有低噪声输出电压和高纹波抑制性能。低输出噪声电平10uVrms通常保持在任何输出电压。非常常见的SOT23-5封装和小型uDFN 1x1封装适用于工业应用,便携式通信设备和RF模块。 特性 优势 非常高的80 dB PSRR 非常好的噪音消除装置 非常小的包装1x1mm 非常浓缩的PCB的想法 应用 家用电器,工业设备 有线电视盒,卫星接收器,娱乐系统 汽车音响设备,导航系统 笔记本电脑适配器,液晶电视,无线电话和专用局域网系统 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-30 10:02 966次 阅读

NCP59800 LDO稳压器 1 A 低压差 低Iq 低噪声 带使能

00是1 A低压差线性稳压器(LDO)系列,提供高电源纹波抑制(PSRR)和超低输出噪声。该系列LDO采用先进的BiCMOS工艺实现了非常好的电气性能。它是电信设备中使用的噪声敏感模拟RF前端的理想选择。 NCP59800采用3 mm x 3 mmDFN8封装。 特性 优势 2.2 V至6.0 V工作输入电压范围 适用于锂离子电池或后期调节应用 低典型静态电流。 60μA 延长电池寿命 极低压差:200 mV典型值。在Iout = 1 A(Vout = 2.5 V) 扩展电池范围 极低噪音,15μVrms/ V通常 适用于噪音敏感的应用程序 可调软启动 限制浪涌电流 线路精度±2.5%。负载和温度范围 高输出电压精度 热关断和电流限制保护 保护产品和损坏的系统 使用4.7μF陶瓷输出电容稳定 节省PCB空间和系统成本 应用 终端产品 电信基础设施 音频 高速I / F(PLL / VCO) 电信设备 工业控制 网络设备 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-30 09:02 478次 阅读

NCP177 LDO稳压器 500 mA 低压降 高PSRR 低Iq

是一款超低压降稳压器,可提供高达0.5 A的负载电流,并在25°C时保持0.8%的出色输出电压精度。 1.6 V至5.5 V的工作输入电压范围使该器件适用于锂离子电池供电产品以及后调节应用。该产品提供多种固定输出电压选项,其他产品可根据要求提供,范围为0.7 V至3.6 V.NCP177可完全防止过热和输出短路。启用功能。小型4引脚XDFN4 1.0 mm x 1.0 mm封装使该器件特别适用于空间受限的应用。 特性 优势 1.6 V至5.5 V工作输入电压范围 适用于锂离子电池或后期调节应用 根据要求提供多种固定输出电压选项和其他选项,范围为0.7 V至3.6 V 设计灵活性 Typ的低静态电流。 60μA 延长电池寿命 极低压差:200 mV典型值。在Iout = 0.5 A(1.8V版本) 扩展电池范围 1 kHz PSRR时高75 dB 适用于噪声敏感电路 内部软启动 限制浪涌电流 室温下±0.8%精度 高输出电压精度 热关断和限流保护 保护产品和系统免受损坏 使用小型1μF陶瓷电容器稳定 节省PCB空间和系统成本 应用 终端产品 电池供电设备 便携式通信设备 相机,图像传感器...
发表于 07-30 07:02 230次 阅读

NCP3101 同步降压稳压器 PWM 6.0 A

1是一款高效率,宽输入,高输出电流,同步脉冲宽度调制(PWM)降压稳压器,采用2.7 V至18 V电源供电。该器件能够产生低至0.8 V的输出电压.NCP3101可通过内部设置的275 kHz振荡器驱动的MOSFET开关连续输出6 A电流。 40引脚器件提供最佳集成度,以减小电源的尺寸和成本。 NCP3101还集成了外部补偿跨导误差放大器和电容可编程软启动功能。保护功能包括可编程短路保护和欠压锁定(UVLO)。 NCP3101采用40引脚QFN封装。还提供10A版NCP3102。 NCP3101将被NCP3101C替换为每PCN#16498 特性 优势 集成6A开关稳压器 提高功率密度,简化系统级集成 0.8 V +/- 1%内部参考 提高系统级精度 电阻可编程电流限制 优化应用程序的系统保护 275 kHz固定频率操作 效率高(效率> 92%) 6x6 mm QFN封装 减少PCB占位面积和电路板空间需要实施 电容可编程软启动 用于软启动时间可调性的外部电容器 18 mohm内部HS和LS FET 高效运作 2.7 V至18 V电源 宽输入电压范围 应用 终端产品 高功率密度dc-dc 嵌入式...
发表于 07-30 04:02 266次 阅读
NCP3101 同步降压稳压器 PWM 6.0 A

NCP6924 6通道电源管理IC(PMIC) 带有2个DC-DC转换器和4个LDO

4是安森美半导体迷你电源管理IC系列的一部分。它经过优化,可提供电池供电的便携式应用子系统,如相机模块,微处理器或任何外围设备。该器件集成了两个高效1000 mA降压DC-DC转换器,带有DVS(动态电压调节)和四个低压差(LDO)稳压器,采用WLCSP-30 2.46 x 2.06mm封装。 特性 优势 非常小的封装2.46 x 2.06 mm 减少PCB空间 超低静态电流(典型值105 uA) 节省电池寿命 I 2 C可访问的先前启用设备允许在启动系统之前更改设置 提供设计灵活性 两个DC-DC转换器,效率95%,可编程输出电压0.6 V至3.3 V,12.5 mV步进,1000 mA输出电流能力 四个低噪声,低压差稳压器,可编程输出电压1.0 V至3.3 V,50 mV步进,2 x 150 mA和2 x 300mA输出电流能力,50 uVrms典型低输出噪声 应用 终端产品 电池供电的应用电源管理 核心电压低的处理器的电源 相机模块 外围子系统 USB供电设备 智能手机 平板电脑 可穿戴设备 MP3播放器 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-30 01:02 255次 阅读
NCP6924 6通道电源管理IC(PMIC) 带有2个DC-DC转换器和4个LDO

NCV8177 LDO稳压器 500 mA 高PSRR 带使能

7是CMOS LDO稳压器,具有500 mA输出电流。输入电压低至1.6 V,输出电压可设置为0.75 V.它提供非常稳定和精确的电压,具有低噪声和高电源抑制比(PSRR),适用于RF应用。 NCV8177适用于为汽车信息娱乐系统和其他功率敏感设备的RF模块供电。由于功耗低,NCV8177具有高效率和低散热性。小型4引脚XDFN4 1.0 mm x 1.0 mm封装使该器件特别适用于空间受限的应用。 特性 优势 1.6 V至5.5 V工作输入电压范围 适用于锂离子电池或后期调节应用 根据要求提供多种固定输出电压选项和其他选项,范围为0.7 V至3.6 V 设计灵活性 Typ的低静态电流。 60μA 延长电池寿命 极低压差:200 mV典型值。在Iout = 0.5 A(1.8V版本) 扩展电池范围 1 kHz PSRR时高75 dB 适用于噪声敏感电路 内部软启动 限制浪涌电流 室温下±0.8%精度 高输出电压精度 热关断和限流保护 保护产品和系统免受损坏 使用小型1μF陶瓷电容器稳定 节省PCB空间和系统成本 应用 终端产品 灯光 仪器设备 相机,摄像机,Se nsors 相机 摄...
发表于 07-29 22:02 419次 阅读

NCP186 LDO稳压器 1 A 超低压差 高PSRR 带使能

是一款超低压降稳压器,可提供高达1 A的负载电流,并在-40至85℃范围内保持1.0%的出色输出电压精度。工作输入电压范围为1.8 V至5.5 V,使该器件适用于锂离子电池供电的产品以及后调节应用。该产品提供多种固定输出电压选项,其他产品可根据要求提供,范围为1.2 V至3.9 V.NCP186具有完全的过热保护和输出短路保护。小型8引脚XDFN6 1.2 mm x 1.6 mm封装使该器件成为可能特别适用于空间受限的应用。 特性 优势 1.8 V至5.5 V工作输入电压范围 适用于锂离子电池或后期调节应用 多种固定输出电压选项及其他可根据要求提供1.2 V至3.9 V 设计灵活性 Typ的低静态电流。 90μA 延长电池寿命 极低压差:100 mV典型值。在Iout = 1 A(3.0V版本) 扩展电池范围 1 kHz PSRR时高75 dB 适用于噪声敏感电路 内部软启动 限制浪涌电流 在-40至85℃温度范围内的±1.0%精度 高输出电压精度 热关断和限流保护 保护产品和系统免受损坏 使用小型1μF陶瓷电容器稳定 节省PCB空间和系统成本 应用 终端产品 电池供电设备 便携式通讯设...
发表于 07-29 22:02 324次 阅读

NCP176 LDO稳压器 500 mA 超低压降 高PSRR 带使能

是一款超低压差稳压器,可提供高达0.5 A的负载电流,并在25°C时保持0.8%的出色输出电压精度。工作输入电压范围为1.4 V至5.5 V,使该器件适用于锂离子电池供电产品以及后调节应用。该产品提供3.3 V固定输出电压选项,其他电压选项可根据要求提供,范围为0.7 V至3.6 V.NCP176具有完全的过热保护和输出短路保护。小型6引脚XDFN6 1.2 mm x 1.2 mm封装使该设备特别适用于空间受限的应用程序。 特性 优势 1.4 V至5.5 V工作输入电压范围 适用于锂离子电池或后调节应用 几种固定输出电压可根据要求提供的选项和其他选项范围为0.7 V至3.6 V 设计灵活性 Typ的低静态电流。 60μA 延长电池寿命 极低压降:130 mV典型值。在Iout = 0.5 A(2.5V版本) 扩展电池范围 1 kHz PSRR时高75 dB 适用于噪声敏感电路 内部软启动 限制浪涌电流 室温下±0.8%精度 高输出电压精度 热关断和限流保护 保护产品和系统免受损坏 使用小型1μF陶瓷电容器稳定 节省PCB空间和系统成本 应用 终端产品 电池供电设备 便携式通信设备 相机,...
发表于 07-29 22:02 2806次 阅读