光电器件和制造光电器件的方法与流程

1.本技术涉及一种光电器件和一种用于制造光电器件的方法。
2.本专利申请要求德国专利申请10 2019 219 016.2的优先权，其公开内容通过引用并入本文。


背景技术：

3.为了制造光电器件，通常将发光二极管（简称led）安装在印刷电路板上，并与印刷电路板导电连接。


技术实现要素：

4.一个任务是提供一种可以以简化方式制造的光电器件。
5.该任务尤其通过根据独立权利要求的光电器件和用于制造光电器件的方法来解决。其他设计和适宜性是从属专利权利要求的主题。
6.说明了一种具有载体和多个半导体芯片的光电器件。所述半导体芯片例如被设置用于产生紫外、可见或红外光谱范围内的辐射。例如，所述半导体芯片具有至少一个被设置用于产生辐射的有源区域。光电器件的半导体芯片在所发射的辐射方面可以是相同类型的。因此，半导体芯片的光谱发射特性仅在由于制造导致的公差范围内有所不同。替代地，在所述载体上可以布置不同的半导体芯片，例如发射不同光谱范围内（例如红色、绿色和蓝色光谱范围内）的辐射的半导体芯片。
7.根据光电器件的至少一个实施方式，所述半导体芯片利用连接装置固定在所述载体上。所述连接装置特别是用于将半导体芯片机械稳定地固定在载体上。例如，所述连接装置包含粘合剂，例如诸如硅树脂或环氧树脂的聚合物材料。
8.特别地，所述连接装置可以是电绝缘的。因此，所述连接装置不用于与半导体芯片进行电接触。
9.此外，所述连接装置对于由光电器件在运行期间发射的辐射是可透过的。例如，所述连接装置布置在所述光电器件的半导体芯片和辐射出射面之间。
10.根据所述光电器件的至少一种实施方式，所述半导体芯片在背离所述载体的主表面上具有至少一个接触表面。特别地，所述半导体芯片可以在该主表面上具有与半导体芯片电接触所需的所有接触表面。所述接触表面例如用于与半导体芯片电接触，从而通过在两个接触表面之间施加电压，电荷载流子可以从彼此相对的侧进入有源区域并在那里重新组合以发射辐射。
11.根据所述光电器件的至少一种实施方式，所述接触表面分别与连接轨道电接触。所述连接轨道特别是与所述接触表面直接邻接。
12.所述连接轨道还特别用于将半导体芯片彼此电连接。例如，至少一部分半导体芯片以串联电路或并联电路或串联电路和并联电路的组合彼此连接。此外，一些半导体芯片或所有半导体芯片也可以位于矩阵互连中，例如以有源矩阵或无源矩阵的形式。
13.特别地，所述连接轨道通过所述半导体芯片的主表面的边缘引导到所述载体上。所述连接轨道例如以载体涂层的形式形成，其中所述半导体芯片布置在所述载体上。因此不需要接合线来电接触半导体芯片的布置在主表面上的接触表面。特别是在半导体芯片和连接轨道之间不存在诸如空气的气态介质。
14.在所述光电器件的至少一种实施方式中，所述光电器件具有载体和多个半导体芯片，其中所述半导体芯片通过连接装置固定在所述载体上并且所述半导体芯片在背离所述载体的主表面上分别具有至少一个接触表面。所述接触表面分别与连接轨道电接触，其中所述连接轨道通过所述半导体芯片的主表面的边缘引导到所述载体上。
15.在制造这样的光电器件时，所述半导体芯片可以布置在所述载体上，其中所述载体本身此时仍然可以是完全非结构化的。特别地，所述载体此时还不需要与半导体芯片电接触的印制导线。因此，通过连接轨道与半导体芯片的电接触可以在半导体芯片已经固定在载体上时进行。通过以涂层的形式构造的连接轨道，可以同时构造出所有的连接轨道，从而可以在一个制造步骤中电接触所有的半导体芯片。
16.根据所述光电器件的至少一种实施方式，所述连接装置至少局部地覆盖所述半导体芯片的侧表面。在所述光电器件的俯视图中，所述连接装置具有比相应的半导体芯片更大的横向伸展，该半导体芯片通过连接装置固定在所述载体上。例如，所述连接装置沿着半导体芯片的整个外周包围相应的半导体芯片。
17.术语“横向”在此指的是平行于载体的主延伸平面延伸的方向。对应地，垂直方向表示垂直于载体的主延伸平面延伸的方向。
18.根据所述光电器件的至少一种实施方式，所述连接装置具有介于5pa*s和30pa*s之间的粘度，优选地在10pa*s和20pa*s之间，包括各个端值。已经表明，具有该范围内的粘度的连接装置可以特别可靠地覆盖半导体芯片的侧表面。
19.根据所述光电器件的至少一种实施方式，所述连接装置具有在2和8之间、特别是在3和5之间的触变性指数，包括各个端值。材料的触变性指数是衡量材料粘度因外部机械影响（例如由于压力和/或剪切力的影响）而以多大强度变化的度量。例如，触变性指数可以通过在旋转粘度计的低转速时的粘度和在旋转粘度计的高转速时的粘度之间的商来确定，其中高转速典型地是低转速的十倍。在高转速时粘度降低得越多，触变性指数就越高。已经表明，具有在该范围内的触变性指数的连接装置可以被特别可靠地处理，使得半导体芯片的侧表面得以覆盖。
20.根据所述光电器件的至少一种实施方式，所述连接轨道与所述连接装置直接邻接。特别地，从横向方向看，所述连接装置可以是位于半导体芯片的侧表面和连接轨道之间的唯一元件。
21.根据所述光电器件的至少一种实施方式，所述半导体芯片的被设置用于产生辐射的有源区域在侧表面上被所述连接装置覆盖。所述连接装置因此可以用于将有源区域与连接轨道电绝缘。因此，半导体芯片本身不必在侧表面上具有诸如钝化层的绝缘层。然而，可以附加地存在这样的绝缘层。
22.根据所述光电器件的至少一种实施方式，从载体看去，所述半导体芯片的侧表面被所述连接装置覆盖多达所述半导体芯片的高度的至少1%、至少30%或至少50%或至少80%。此外，侧表面可以被覆盖多达半导体芯片的高度的100％，例如在1％和100％之间，包括两
个端值。
23.在这种情况下，所述高度表示半导体芯片在垂直方向上、即垂直于载体的主延伸平面的伸展。连接装置从载体出发在半导体芯片的主表面的边缘方向上延伸得越远，半导体芯片边缘处的连接轨道所必须克服的高度差就越小。由此简化了连接轨道的可靠制造并因此简化了半导体芯片的电接触。
24.根据所述光电器件的至少一种实施方式，所述半导体芯片的侧表面与所述连接装置的外表面之间的角度至少局部地为至少10
°
或至少30
°
或至少45
°
。在这种情况下，所述外表面是连接装置的背离半导体芯片的侧表面的表面。对于弯曲的外表面而言，该角度根据与侧表面的距离而变化。在这种情况下，该角度与外表面在垂直于载体的主延伸平面并且垂直于半导体芯片的侧表面延伸的截面中的相应部位处的切线相关。例如，外表面的任意部位处的角度至少为10
°
或至少为30
°
。
25.半导体芯片的侧表面与连接装置的外表面之间的角度越大，将由连接轨道包覆成型的边沿就越平坦。
26.根据所述光电器件的至少一种实施方式，所述连接轨道局部地直接邻接所述半导体芯片的侧表面。例如，沿着半导体芯片的侧表面看，连接轨道在半导体芯片的主表面的边缘和连接装置在半导体芯片的侧表面区域中的外表面之间邻接半导体芯片的侧表面。
27.根据所述光电器件的至少一种实施方式，所述载体和所述连接装置对于所述半导体芯片在运行期间要产生的辐射而言是可透过的。特别地，所述载体的背离所述半导体芯片的一侧可以形成所述光电器件的辐射出射面。
28.换言之，所述半导体芯片布置在所述载体的安装侧上，并且所述载体的与所述安装侧相对的背侧形成所述光电器件的辐射出射面。因此，在半导体芯片的有源区域中产生的辐射在从所述光电器件的辐射出射区域出射之前穿过所述连接装置和所述载体。
29.根据所述光电装置的至少一种实施方式，所述连接轨道在所述光电器件的俯视图中具有至多30或至多20的横向伸展。
30.在此情况下，所述连接轨道的横向伸展表示连接轨道垂直于连接轨道的延伸主轴的伸展。连接轨道的延伸主轴可以是直的，或者局部弯曲或弯折的。
31.具有小的横向伸展的连接轨道特别适合与辐射可透过的载体连接。特别地，连接轨道可以薄到使得在透过光电器件观察时这些连接轨道不会干扰人眼，特别是即使在关闭状态下。
32.替代地，所述连接轨道的横向伸展也可以更大。例如，所述横向伸展至多与所述半导体芯片的边缘长度一样大。
33.根据所述光电器件的至少一种实施方式，所述连接轨道局部地直接邻接所述载体，特别是邻接所述载体的安装侧。特别地，所述连接轨道在以下部位处直接邻接所述载体，在光电器件的俯视图中所述载体在这些部位处没有连接装置。例如，相邻半导体芯片之间的连接轨道局部地直接邻接所述载体。
34.根据所述光电器件的至少一种实施方式，所述连接装置一体地构造而成并且在半导体芯片侧向上是所述载体和所述连接轨道之间的唯一元件。已经表明，被设置固定半导体芯片的连接装置可以被构造为使得它可以附加地实现其他功能，特别是简单地通过半导体芯片的边缘来引导连接轨道和/或将有源区域与相应连接轨道电绝缘。不需要在将半导
体芯片固定在载体上之后施加的附加元件，例如绝缘层。
35.然而，在所述光电器件的替代实施方式中，除了连接装置之外还可以设置这样的绝缘层，其中所述绝缘层至少局部地在所述载体和所述连接轨道之间延伸。
36.此外，说明了一种用于制造光电器件的方法。该方法特别适用于制造如上所述的光电器件。因此，结合光电器件描述的特征也可以用于该方法，反之亦然。
37.根据用于制造光电器件的方法的至少一种实施方式，提供载体并且在所述载体上布置多个半导体芯片，其中每个半导体芯片在背离所述载体的主表面上具有至少一个连接表面。在具有布置在所述载体上的半导体芯片的所述载体上形成连接轨道。因此，在半导体芯片已经布置在载体上并且特别是已经固定在载体上之后才形成连接轨道。
38.根据该方法的至少一种实施方式，所述半导体芯片在所述载体上的位置，特别是所述半导体芯片的连接表面在所述载体上的位置，在布置在所述载体上之后加以检测并且基于所确定的位置来形成所述连接轨道。因此对于每个待制造的光电器件而言，可以确定半导体芯片准确地放置在哪些位置以及要与连接轨道接触的连接表面实际位于哪里。从而在形成连接轨道时可以考虑由于将半导体芯片放置在载体上引起的制造公差。由此，也可以使用特别窄的连接轨道来进行半导体芯片的可靠接触。与此不同，在用于安装和接触半导体芯片的导电表面在安装半导体芯片之前已经位于载体上的器件中，这些导电表面必须被构造为大到使得待电接触的半导体芯片即使在放置半导体芯片时存在在制造公差范围内的横向偏移的情况下也被电接触。
39.相反，利用所描述的方法，连接轨道在横向方向上的宽度完全独立于将半导体芯片布置在载体上的放置方法的精度。
40.根据该方法的至少一种实施方式，借助于自动光学检查来检测所述位置。例如，可以将半导体芯片的光学检测的实际位置存储在存储器中，并用于随后形成连接轨道。
41.根据该方法的至少一种实施方式，所述载体是薄膜或包含玻璃。例如，至少在将半导体芯片布置在载体上期间和/或在载体上形成连接轨道期间将所述载体布置在辅助载体上。
42.例如，将所述载体，特别是薄膜形式的载体层压到辅助载体上并且在制造之后再次从辅助载体上移除。由此，柔性载体的优点可以与刚性载体上的简化加工相结合。
43.根据该方法的至少一种实施方式，所述半导体芯片在设置于所述载体上时通过连接装置固定在所述载体上，并且所述连接装置在固定所述半导体芯片时至少局部地覆盖所述半导体芯片的侧表面。
44.特别地，与纯粹将半导体芯片固定在载体上所需的连接装置材料相比，每个半导体芯片有针对性地使用更多的连接装置材料。横向延伸超过半导体芯片的连接装置材料可以覆盖半导体芯片的侧表面。侧表面的覆盖程度可以例如通过连接装置的数量和/或连接装置的粘度和/或触变性指数来加以调整。
45.利用所描述的光电器件和所描述的方法特别是可以实现以下效果。
46.在半导体芯片已经布置在载体上并且特别是固定在载体上之后，可以借助于连接轨道来电接触所述半导体芯片。在此情况下，载体可以是刚性的或柔性的，并且在装配半导体芯片的时刻可以是完全非结构化的，特别是被构造为没有金属接触轨道。
47.用于将半导体芯片固定在载体上的连接装置可以附加地实现其他功能，例如将半
导体芯片的有源区域与相关联的连接轨道电绝缘/或在半导体芯片的侧表面上形成斜面的功能，通过该斜面可以引导连接轨道。可以取消在半导体芯片的侧表面上和/或载体上的附加绝缘层。然而，附加地可以存在这样的绝缘层。这种固定既适用于刚性载体又适用于柔性载体。
48.所述光电器件的发射可以穿过所述载体进行。此外，所述光电器件在关闭状态下总体上可以具有高的透过性，使得所述光电器件例如也可以固定在窗户或车辆的车窗上，而不会显著损害透过窗户或车窗的视野。
49.在所述光电器件的制造期间，可以在形成所述连接轨道之前检测布置在所述载体上的半导体芯片的位置。在知道半导体芯片的真实位置的情况下，用于形成连接轨道的涂层的横向结构可以特定于相应器件地构造，从而可以考虑由于放置过程中的调整公差而引起的位置偏差。由此可以实现特别窄的连接轨道。为了实现足够的载流能力，必要时可以通过增加连接轨道的厚度来增大连接轨道的横截面，而不会在透过光电器件观察时导致显著增加的阴影。
50.所述光电器件通常适用于需要例如以矩阵形布置的多个半导体芯片的应用。特别地，这些器件也可以被构造用于安装在弯曲的表面上和/或安装在窗户或车窗上，例如安装在车辆中，例如机动车辆中。
51.此外，这些器件可以很容易地适配于在光源或显示设备的设计方面的特殊要求。
附图说明
52.从以下结合附图对实施例的描述中得出其他适宜性和扩展。
53.图1a和1b基于截面图（图1a）和俯视图（图1b）中的片段示出了光电器件的实施例；图2a、图2b和图2c基于分别以示意性截面图示出的中间步骤示出了制造光电器件的方法的实施例；图3a和图3b基于以示意性截面图（图3a）和示意性俯视图（图3b）中的中间步骤示出了制造光电器件的方法的实施例；以及图4示出了用连接装置固定的半导体芯片的线轮廓的测量。
54.相同、相同类型或具有相同作用的元件在图中用相同的附图标记表示。
55.这些图都是示意图，因此不一定是按比例绘制的。特别地，相对较小的元件和特别是层厚度可以被夸大示出以更好地显示或更好地理解。
具体实施方式
56.在图1a和图1b中示出的光电器件的实施例中，仅出于简化图示的目的示出了具有被设置用于产生辐射的半导体芯片2的片段。光电器件1可以在载体3上具有大量这样的半导体芯片2，例如至少5个或至少10个或至少100个。例如，半导体芯片2至少部分地彼此电串联和/或电并联。此外，可以单独操控半导体芯片2或半导体芯片组，例如借助于矩阵电路，例如有源矩阵电路或无源矩阵电路。
57.半导体芯片2借助于连接装置4固定在载体3上。载体3具有面向半导体芯片的安装侧31和与安装侧相对的背侧32。在所示的实施例中，载体3的背侧形成光电器件1的辐射出射面10。半导体芯片2在背离载体的主表面21上具有用于电接触半导体芯片2的接触表面
25。半导体芯片2的面向载体3的一侧没有用于电接触半导体芯片2的接触部。
58.在光电器件1的运行期间，载流子可以通过接触表面25注入到半导体芯片2中并且在半导体芯片的有源区域20、例如pn结中重新组合以发射辐射。
59.例如，适合于半导体芯片2的是所谓的倒装芯片几何形状的led，其中在接触表面所在的主表面上没有或至少只有一小部分在运行期间产生的辐射出射。
60.分别通过连接轨道5电接触接触表面25。接触轨道5通过半导体芯片2的主表面21的边缘210引导。在载体3的安装侧31的俯视图中，连接轨道5分别至少部分地覆盖半导体芯片2的接触表面25。
61.连接装置4部分地覆盖半导体芯片2的侧表面22。特别地，连接装置4将侧表面22覆盖到有源区域20的高度。连接装置4将有源区域20与连接轨道5电绝缘。
62.半导体芯片2的主表面21没有连接装置4的材料。在横向方向上，连接装置4在光电器件1的俯视图中突出超过半导体芯片2，特别是沿着半导体芯片2的整个外周。连接轨道5直接与连接装置4邻接。在半导体芯片2的侧向上，连接轨道5直接邻接载体3的安装侧31。
63.在侧表面22的未被连接装置4覆盖的区域中，连接轨道5与半导体芯片2邻接。特别地，连接装置4是在横向方向上看布置在半导体芯片2的侧表面22和连接轨道5之间的唯一元件。在载体3的背离背侧32的侧上可以可选地形成保护层6。例如，保护层6层压在载体3上。
64.在所示的实施例中，载体3适宜地是辐射可透过的。例如，载体3包含塑料材料，例如聚乙烯（pe）、聚对苯二甲酸乙二醇酯（pet）、酰亚胺（例如聚酰亚胺（pi）或聚甲基丙烯酸甲酯（pmma））或玻璃。
65.这种材料特别是也适用于以薄膜形式柔性构造的载体3。替代地，也可以使用刚性载体3，例如载体可以包含玻璃。
66.连接轨道5的横向伸展可以特别精细地构造。例如，横向伸展至多为30或至多20。从而与辐射可透过的载体3相结合，可以实现在半导体芯片2的侧向上最大程度透明的光电器件1。特别地，连接轨道5可以实施得很薄，以至于它们在透过光电器件观看时不会干扰人类观察者。
67.因此在有源区域20和载体3之间没有辐射不可透过层，例如用于电接触半导体芯片2的金属层。
68.图4示出了半导体芯片2的高度h的线轮廓的测量，如上所述，该半导体芯片2借助于连接装置4固定在载体3上。该测量证明，半导体芯片的大部分侧表面可以被连接介质4覆盖。此外，可以实现半导体芯片2的侧表面和连接装置4的外表面之间的大角度。
69.借助于覆盖侧表面22的连接装置4简化了以涂层形式来构造连接轨道5。连接装置4在垂直方向上沿侧表面22直到主表面21的边缘210延伸得越远，连接轨道5在边缘210处必须包裹的高度差就越小。此外，连接装置4的外表面41可以与半导体芯片2的侧表面22形成相对大的角度410，例如至少30
°
或至少45
°
。由此进一步增加了连接轨道5超出边缘210的可靠性。
70.例如，环氧化物或硅树脂适合作为辐射可透过连接装置。它优选是粘度在10到20pa*s之间并且触变性指数在3到5之间的环氧树脂或硅树脂。
71.然而，不同于所描述的实施例，所描述的连接装置4的设计也适用于光电器件1的
其他形式。例如，光电器件1的辐射也可以在半导体芯片2在载体3上所在的那侧上进行，即在安装侧上进行。在这种情况下，载体3也可以是辐射不可透过的，例如对于要产生的辐射是反射性的。此外，连接装置4也可以是辐射不可透过的，例如反射性的。
72.此外可以使用刚性载体。此外还可以想到的是，半导体芯片2在主表面21上仅具有接触表面25，并且在半导体芯片2的与主表面相对的侧上布置另外的接触表面。因此，在这种情况下，每个半导体芯片只有一个接触表面可以借助于涂层形式的连接轨道被电接触。
73.基于图2a至图2c示出了用于制造光电器件的方法的实施例，其中示例性地制造如结合图1a和图1b所描述的那样构造的器件。
74.提供载体3（图2a）。在柔性载体3的情况下，载体3优选地布置在辅助载体7上。例如，载体3粘合到辅助载体7上，例如通过使用干抗蚀剂的层压。
75.因此，在柔性载体3上的加工可以类似于在刚性载体上的加工进行。
76.半导体芯片2借助于连接装置4施加到载体3上（图2b）。当半导体芯片2放置在载体3上时，连接装置4的材料侧向位移，并且局部覆盖半导体芯片2的侧表面22。可以通过连接装置的数量与连接装置的粘度及其触变性指数相组合地调整侧表面22的覆盖程度。例如，连接装置基于聚合物材料，例如环氧树脂或硅树脂。
77.在垂直方向上看，连接装置4是载体3的安装侧31和半导体芯片2之间的唯一元件。
78.半导体芯片2的主表面21保持没有连接装置4，特别是接触表面25。在截面图中看，连接装置4在半导体芯片2的侧向上形成从载体3的安装侧31沿着半导体芯片2的背离载体3的主表面21的方向上的斜面。
79.然后施加结构化金属涂层以形成连接轨道5。例如，铜适用于连接轨道5。连接轨道5分别直接与相关联的接触表面25、相关联的半导体芯片2、连接装置4和载体3的安装侧31邻接。
80.可选地，载体3和施加在载体3上的半导体芯片2随后可以配备保护层，例如通过施加薄膜，例如通过层压。
81.最后，可以移除辅助载体7。载体3也可以以卷对卷方法的形式处理成光电器件。
82.图3a和图3b示出了用于制造光电器件的方法的另一实施例的中间步骤。该方法基本上对应于结合图2a至图2c描述的实施例。
83.特别地，半导体芯片2可以固定在载体3上，如结合图2a和图2b所描述的。然而，原则上也可以想到，连接装置4不覆盖或者不显著覆盖半导体芯片2的侧表面22，而是例如在半导体芯片固定在载体3上之后施加绝缘层，其中该绝缘层局部地覆盖半导体芯片2的侧表面22。
84.在固定了半导体芯片2之后检测半导体芯片2的精确位置，例如借助于图像记录设备8光学地检测。如图3b所示，在片段中所示的四个半导体芯片2在标称均匀的矩阵布置中的位置p11、p12、p21、p22、...由于半导体芯片2在载体3上的放置时的公差而与精确的规则图案有偏差。典型的调整公差可多达50。
85.在检测到位置p11、p12、p21、p22、...之后，在知道这些位置的情况下形成连接轨道5。因此，连接轨道5的分布考虑了半导体芯片2的接触表面25在载体3上的真实位置。光电器件1的外部连接表面51也可以与连接轨道5一起形成。
86.在所示的实施例中，纯示例性地，一行半导体芯片2分别串联地电连接。然而，半导
体芯片2的电接触类型可以在很宽的范围内变化。总体而言，使用该方法可以实现连接轨道5的高度精细化，由此实现光电器件1的高透明度。足够载流能力所需的连接轨道横截面可以通过在沉积连接轨道时增加层厚度来实现。
87.本发明不受基于实施例的描述限制。相反，本发明包括每个新特征和特征的每个组合，特别是包括权利要求中的特征的每个组合，即使该特征或该组合本身没有在权利要求或实施例中明确说明。
88.附图标记列表1
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光电器件10
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辐射出射面2
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半导体芯片20
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有源区域21
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主表面210
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边缘22
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侧表面25
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接触表面3
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载体31
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安装侧32
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背侧4
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连接装置41
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外表面410
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角度5
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连接轨道51
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外部连接表面6
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保护层7
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辅助载体p11、p12、p21、p22
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位置8
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图像记录设备。