Pb-Free焊接技术革新----回流焊及通孔回流技术
通孔回流工艺

穿孔回流焊是一项国际电子组装应用中新兴的技术。
当在PCB的同一面上既有贴装元件,又有少量插座等插装元件时,一般我们会采取先贴片过回流炉,然后再手工插装过波峰焊的方式。
但是,如果采取穿孔回流焊技术,则只需在贴片完成后,进回流炉前,将插件元件插装好,一起过回流炉就可以了。
通过这项比较,就可以看出穿孔回流焊相对于传统工艺的优越性。
首先是减少了工序,省去了波峰焊这道工序,在费用上自然可以节省不少。
同时也减少了所需工作人员,在效率上也得到了提高。
其次是回流焊相对于波峰焊,生产桥接的可能性要小得多,这样就提高了一次通过率。
穿孔回流焊技术相对传统工艺在经济性、先进性上都有很大的优势。
所以,穿孔回流焊技术是电子组装中的一项革新,必然会得到广泛的应用。
但如果要应用穿孔回流焊技术,也需要对器件、PCB设计、网板设计等方面提出一些不同于传统工艺的要求。
a)元件:穿孔元件要求能承受回流炉的回流温度的标准,最小为230度,65秒。
这一过程包括在孔的上面涂覆焊膏(将在回流焊过程中进入孔中)。
为使这一过程可行,元件体应距板面0.5毫米,所选元件的引脚长度应和板厚相当,有一个正方形或U形截面,(较之长方形为好)。
b)计算孔尺寸完成孔的尺寸应在直径上比引脚的最大测量尺寸大0.255毫米(0.010英寸),通常用引脚的截面对角,而不包括保持特征。
钻孔的尺寸比之完成孔再大0.15毫米(0.006英寸),这是电镀补偿,这样算得的孔就是可接受的最小尺寸。
c)计算丝网:(焊膏量)第一部分计算是找出焊接所需的焊膏量,孔的体积减去引脚的体积再加上焊角的体积。
(需要什么样的焊接圆角)。
所需焊接体积乘以2就是所需焊膏量,因为焊膏中金属含量为50%体积(以ALPHA 的UP78焊膏为例)。
丝印过程中将焊膏通过网孔印在PCB上,由于压力一般能将焊膏压进孔中0.8毫米(当刮刀与网板成45度角时)。
我们计算进入孔中焊膏的体积,从所需焊膏量中减去它就得到在网孔中留下的焊膏的体积。
THR通孔回流焊技术要求

T H R通孔回流焊技术要求-标准化文件发布号:(9456-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII通孔回流焊技术要求近年来,表面贴装技术(SMT)迅速发展起来,在电子行业具有举足轻重的位置。
除了全自动化生产规模效应外,SMT还有以下的技术优势:元件可在PCB 的两面进行贴装,以实现高密度组装;即使是最小尺寸的元件也能实现精密贴装,因此可以生产出高质量的PCB组件。
然而,在一些情况下,这些优势随着在PCB上元件贴着力的减少而削弱。
让我们观察图1的例子。
SMT元件的特点是设计紧凑,并易于贴装,与通孔的连接器在尺寸和组装形式上有明显的区别。
图1 PCB上组装有SMT元件(左)和一个大理通孔安装的连接器(右)用于工业领域现场接线的连接器通常是大功率元件。
可满足传输高电压、大电流的需要。
因此设计时必须考虑到足够的电气间隙与爬电距离,这些因素最终影响到元件的尺寸。
此外,操作便利性、连接器的机械强度也是很重要的因素。
连接器通常是PCB主板与“外界部件”通信的“接口”,故有时可能会遇到相当大的外力。
通孔技术组装的元件在可靠性方面要比相应的SMT元件高很多。
无论是强烈的拉拽、挤压或热冲击,它都能承受,而不易脱离PCB。
从成本考虑,大部分PCB上SMT元件约占80%,生产成本仅占60%;通孔元件约占20%,生产成本却占40%,如图2所示。
可见,通孔元件生产成本相对较高。
而对许多制造公司来说,今后面临的挑战之一便是开发采用纯SMT工艺的印刷线路板。
图2 带有通孔无件和SMT元件的PCB根据生产成本以及对PCB的影响,SMT+波峰焊和SMT+压接技术(press in)等现有的工艺还不完全令人满意,因为在现有的SMT工序需要进行二次加工,不能一次性完成组装。
这就对采用通孔技术的元件提出了下列要求:通孔元件与贴片元件应该使用同样的时间、设备和方法来完成组装。
THR如何与SMT进行整合根据上述要求发展起来的技术,称之为通孔回流焊技术(Through-hole Reflow,THR),又叫“引脚浸锡膏(pin in paste,PIP)”工序,如图3所示。
回流焊概述

回流焊概述:回流焊又称再流焊,通过重新熔化预先放置的焊料而形成焊点,在焊接过程中不需添加任何额外焊料的一种焊接方法。
回流焊与波峰焊相比有如下优点:1. 焊膏定量分配,2. 精度高、焊料受热次数少、不易混入杂技且使用量较少;3. 适用于各种高精度、高要求的元器件;4. 焊接缺陷少,6. 不7. 良焊点率小于10ppm 。
红外再流焊(1)第一代-热板式再流焊炉(2)第二代-红外再流焊炉热能中有80%的能量是以电磁波的形式一一红外线向外发射的。
其波长在可见光之上限0.7〜0.8um到1mm 之间,0.72~1.5um 为近红外;1.5~5.6um 为中红外;5.6~1000um 为远红外,微波则在远红外之上. 升温的机理:当红外波长的振动频率与被辐射物体分子间的振动频率一致时,就会产生共振,分子的激烈振动意味着物体的升温。
波长为1〜8um 第四区温度设置最高,它可以导致焊区温度快速上升,提高泣湿力。
优点:使助焊剂以及有机酸和卤化物迅速水利化从而提高润湿能力;红外加热的辐射波长与吸收波长相近似,因此基板升温快、温差小;温度曲线控制方便,弹性好;红外加热器效率高,成本低。
缺点:穿透性差,有阴影效应―― 热不均匀。
对策:在再流焊中增加了热风循环。
(3)第三代-红外热风式再流焊。
对流传热的快慢取决于风速,但过大的风速会造成元件移位并助长焊点的氧化,风速控制在1.0〜1.8m/s 。
热风的产生有两种形式:轴向风扇产生(易形成层流,其运动造成各温区分界不清)和切向风扇(风扇安装在加热器外侧,产生面板涡流而使第个温区可精确控制)。
基本结构与温度曲线的调整:1. 加热器:管式加热器、板式加热器铝板或不锈钢板2. 传送系统:耐热四氟乙烯玻璃纤维布,3. 运行平稳、导热性好,但不能连线,7. 适用于小型热板型不锈钢网,适用于双面PCB, 也不能连线; 链条导轨,可实现连线生产4. 强制对流系统:温控系统:回流焊工艺流程:1. 单面板:(1 )在贴装与插件焊盘同时印锡膏;(2 )贴放SMC/SMD;(3 )插装TMC/TMD;(4 )再流焊回流焊概述:回流焊又称再流焊,通过重新熔化预先放置的焊料而形成焊点,在焊接过程中不需添加任何额外焊料的一种焊接方法。
通孔回流焊工艺要求

通孔回流焊工艺要求
通孔回流焊工艺是一种常用的电子制造工艺,用于将电子元件与PCB(印制电路板)连接。
在实施通孔回流焊工艺时,需要满足以下要求:
1. 温度曲线控制:通孔回流焊工艺要求在焊接过程中,加热和冷却速度要控制在合适的范围内,以避免对电子元件产生过大的热应力。
通常会采用预热、焊接和冷却三个阶段的温度曲线控制。
2. 焊接温度:焊接温度是通孔回流焊工艺中的一个重要参数。
一般情况下,焊接温度应根据PCB和电子元件的性质,选择适当的温度范围,以确保焊接质量和元件的安全性。
3. 焊接时间:焊接时间也是通孔回流焊工艺中需要控制的重要参数。
焊接时间过长可能导致焊接质量下降,焊接时间过短则可能无法达到良好的焊接效果。
一般情况下,会根据焊接温度和焊接表面积来确定焊接时间。
4. 焊接气氛:通孔回流焊工艺要求在焊接过程中,提供适当的气氛,以防止元件与焊接面的氧化和蒸发。
常见的焊接气氛包括氮气、氢气和惰性气体等。
5. 焊接通道设计:通孔回流焊工艺中的通道设计要合理,以确保热量能够均匀地传递到焊接区域,并且能够有效地移除焊接过程中产生的气体和挥发物。
总结而言,通孔回流焊工艺的要求主要包括温度曲线控制、焊接温度和时间的控制、焊接气氛和通道设计等。
通过合理的工艺参数设置,可以确保焊接质量和电子元件的安全性。
通孔回流焊工艺要求

通孔回流焊工艺要求通孔回流焊是一种常见的表面贴装技术,在电子制造行业中广泛使用。
它通过将电子元件焊接到PCB板上进行连接,以实现电子设备的正常运行。
下面是通孔回流焊工艺的要求和相关参考内容。
1. 焊接温度控制:在通孔回流焊过程中,焊接温度是一个非常重要的参数。
焊接温度过高会导致元件损坏,焊接温度过低会导致焊接不良。
因此,对于不同类型的元件,应根据供应商提供的数据和规范来确定适当的焊接温度范围。
2. 焊接时间控制:除了焊接温度外,焊接时间也是影响焊接质量的重要因素。
焊接时间过长可能会导致焊接点过热,焊接时间过短可能会导致焊接不充分。
通常,焊接时间应根据焊接温度和元件类型进行调整,以确保焊接质量。
3. 焊接剂的选择:焊接剂在通孔回流焊工艺中起到重要的作用。
它可以帮助提高焊接质量,并防止氧化。
在选择焊接剂时,应根据焊接材料和工艺要求选择适合的类型和规格的焊接剂。
4. 焊接机器设备的选取:通孔回流焊需要使用专门的焊接设备,如回流焊炉。
在选购设备时,应考虑焊接速度、温度控制的精度、设备的稳定性等因素。
并且,设备的使用和维护也是确保焊接质量的关键。
5. PCB设计的要求:良好的PCB设计对于焊接质量的保证至关重要。
在PCB设计中,应考虑元件的布局、焊盘的大小和间距等因素,以便实现良好的焊接质量。
6. 焊接操作的执行:良好的焊接操作是保证焊接质量的重要保证。
操作人员应熟悉焊接工艺要求,并采取正确的焊接操作,包括元件的放置和固定、焊接温度和时间的控制、焊接剂的喷洒等。
7. 焊后检测的要求:焊接后的检测对于发现焊接缺陷和及时修复非常重要。
可以借助透光检查、高倍显微镜检查、飞针测试等方法来进行焊后检测。
8. 质量管理的要求:通孔回流焊工艺要求严格的质量管理,包括过程记录、检验记录、不良品管理等。
操作人员应按照质量管理程序要求进行操作,并确保焊接质量符合相关标准和规范。
综上所述,通孔回流焊工艺的要求包括焊接温度控制、焊接时间控制、焊接剂的选择、焊接机器设备的选取、PCB设计的要求、焊接操作的执行、焊后检测的要求和质量管理的要求。
通孔回流工艺_THR_中的自动贴装方案

图 18、插件 TOP 面焊接效果
结论
图 19、插件 BOTTOM 面焊接效果
通过 SMT 工艺团队的不断反复试验验证。本文给出了插件(TCH)实现自动贴装的方案,提高 THR 工艺自 动化程序及生产效率,目前在我司此工艺已成功运用在一些 OEM 客户机型上并取得良好效果(直通率保持在 99%以上)。
图 12、设备吸嘴取料
图 13、物料影像识别 -2-
图 14、设备贴装插件 OK 1、5 插件实现机器贴装步骤如下:
2、回流曲线设定
图 15、插件实现机器贴装步骤
针对 THR 回流曲线设定,个人建议使用 RSS 曲线进行曲线设定,恒温区与回流区建议取锡膏规格上 限时间及温度,如图 16,当然具体情况需做具体分析。
前言
Hytera(海能达通信股份)公司 SMT 工艺团队在通孔回流工艺(THR)方面进行了多次尝试和验证并 取得了一定的成果,包括“三维印刷”技术和夹具、工艺流程优化等使两面都有插件的产品实现了回流焊 接。
在这个过程中,设计、制作并运用合适的夹具对于 THR 工艺的成功实施,起到了非常重要的作用。夹 具的作用主要是固定或者支撑插件,在插件的引脚插入板子对应的通孔后,使插件保持与板子表面的垂直 度,同时,使插件本体与板子表面紧密贴合。一般情况下,我们需要作业员在回流焊前手工操作完成夹具、 插件和板子的“组合”,而在回流焊后使夹具与后两者“拆分”(备注:实际上此时的插件与板子已经构 成一个整体,称为 PCB’A)。
图 3、物料“取料位置”
图 4、插件物料无“取料位置”
1、3 夹具设计
¾ 夹具设计要点,须保证插件与 PCB 表面紧贴并成垂直状态,如意思示图 5、。
-1-
¾ 夹具需与 PCB 拼板对应连拼设计。制作夹具时,PCB 与夹具通孔中心间距应保持一致,如:a=b, 插件夹具中间需进行铣空便于散热,PCB 拼板及夹具实物如图 6、7。(注意:夹具插件孔直径一般 ≥插件直径 0.05mm 左右,便于夹具拆分)
thr通孔回流焊技术要求(1)

通孔回流焊技术要求近年来,表面贴装技术(SMT)迅速发展起来,在电子行业具有举足轻重的位置。
除了全自动化生产规模效应外,SMT还有以下的技术优势:元件可在PCB的两面进行贴装,以实现高密度组装;即使是最小尺寸的元件也能实现精密贴装,因此可以生产出高质量的PCB组件。
然而,在一些情况下,这些优势随着在PCB上元件贴着力的减少而削弱。
让我们观察图1的例子。
SMT元件的特点是设计紧凑,并易于贴装,与通孔的连接器在尺寸和组装形式上有明显的区别。
图1 PCB上组装有SMT元件(左)和一个大理通孔安装的连接器(右)用于工业领域现场接线的连接器通常是大功率元件。
可满足传输高电压、大电流的需要。
因此设计时必须考虑到足够的电气间隙与爬电距离,这些因素最终影响到元件的尺寸。
此外,操作便利性、连接器的机械强度也是很重要的因素。
连接器通常是PCB主板与“外界部件”通信的“接口”,故有时可能会遇到相当大的外力。
通孔技术组装的元件在可靠性方面要比相应的SMT元件高很多。
无论是强烈的拉拽、挤压或热冲击,它都能承受,而不易脱离PCB。
从成本考虑,大部分PCB上SMT元件约占80%,生产成本仅占60%;通孔元件约占20%,生产成本却占40%,如图2所示。
可见,通孔元件生产成本相对较高。
而对许多制造公司来说,今后面临的挑战之一便是开发采用纯SMT工艺的印刷线路板。
图2 带有通孔无件和SMT元件的PCB根据生产成本以及对PCB的影响,SMT+波峰焊和SMT+压接技术(press in)等现有的工艺还不完全令人满意,因为在现有的SMT工序需要进行二次加工,不能一次性完成组装。
这就对采用通孔技术的元件提出了下列要求:通孔元件与贴片元件应该使用同样的时间、设备和方法来完成组装。
THR如何与SMT进行整合根据上述要求发展起来的技术,称之为通孔回流焊技术(Through-hole Reflow,THR),又叫“引脚浸锡膏(pin in paste,PIP)”工序,如图3所示。
lead-free(无铅)技术及发展趋势

表一:鉛在產品中的使用量
鉛在產品中的使用量
產品 蓄電池 其它氧化物(油畫 、玻璃和陶瓷產品 、 顏料和化學品) 彈藥 鉛箔紙 電纜覆蓋物 鑄造金屬 銅錠、銅坯 管道、彎頭和其它擠壓成型產品 焊錫(非電子焊錫) 電子焊錫 其它 使用量(%) 80.81 4.78 4.69 1.79 1.4 1.13 0.72 0.72 0.7 0.49 2.77
2、無鉛釬料的應用趨勢
針對鉛和鉛的化合物破壞環境,危害人體健康.現在,電子行業中全面實現無 鉛軟釬焊的需求越來越迫切,已經對整個行業形成巨大沖擊.無鉛軟釬焊技術,無 論對於釬焊材料廠商,還是對於電子產品制造商,都是一個挑戰,也是一個机遇. 隨著人類對環保意識的日益增強,在電子裝聯工藝中淘汰有鉛釬料已成為目 前國際電子業界關注的焦點,大範圍內禁止使用含鉛物質的呼聲越來越高,其日 本相關電子公司關於無鉛釬料的響應如下: ★ Hitachi(日立):1999年鉛的使用量僅是1997年的一半,計劃于2001年所有 產品完全實現無鉛. ★ Panasonic(松下):在2000財政年度實現全面標止使用含鉛釬料,到2001年 所有消費類電子產品實現無鉛. ★ Sony(索尼):1999年鉛的使用量僅是1996年的一半.到2001年,除高密度封 裝外,所有產品實現無鉛.並已經建議他們的供應商只提供無鉛材料和部件. ★ Toshiba(日本東芝):計劃于002年在所有蜂窩電話的生產中實現無鉛. ★ NEC:在世界上率先推出三使用無鉛主板的筆記本電腦,采用的是sn-zn釬 料.下一步計劃在台式電腦主板制造中實現無鉛.已經聲明2002年的鉛使用量將 只是1997年的一半. ★ Fujitsu(富士):計劃于2002年在所有產品中實現無鉛.不僅涉及Fujitsu自己 制造的產品而且涉及供應商.其計劃步驟為:2000年10月完成大規模隼成電路產 品無鉛生產線的改造;2001年12月Fujitsu所有產品的一半印刷電路實現無 鉛;2002年12月全面無鉛.
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Pb-Free焊接技术革新----回流焊及通孔回流技术
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电子制造企业:生产工程师、制程工程师、工艺工程师、产品工程师、设备工程师、品质工程师、NPI工程师
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课程内容
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前言:
" 无铅回流焊技术历经多年发展及工艺革新,宽泛成熟工艺窗口(PWI),针对于普通电子产品的成功焊接,大家一般能驾轻就熟。
不过,对于QFN、CPS、POP、PiH、01005等特殊元器件焊接后的机械性能、电气性能;仍有许多技术难点、焊接工艺仍需再度优化工艺窗口及制程改善。
通孔回流焊接THR(Through-hole Reflow)目前大多数PCBA通孔元件占比较少约5%~10%,通常采用波峰焊接、选择性波峰焊接、自动焊接机器人、手工焊以及压接等方法,
组装费用远远高于该比例,而且组装质量也不如回流焊接,因此通孔元件回流焊接日渐流行,不仅有利于提高生产效率及产品质量,同时带来工艺技术水平的提高和进步。
不过有关通孔回流焊接PCB的DFM、网版开孔设计、载具工装、回流检测等技术,较多的实践层面问题,仍需多做工艺技术的交流与探讨、学习。
"
参加对象:
" 电子制造企业:生产工程师、制程工程师、工艺工程师、产品工程师、设备工程师、品质工程师、NPI工程师
军工单位、研究院所:工艺研究员、品质工程师、设计工程师、设备工程师、品质工程师;"
【温馨提示】:本公司竭诚为企业提供灵活定制化的内部培训和顾问服务,培训内容可根据您的需要灵活设计,企业内部培训人数不受限制,培训时间由企业灵活制定。
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课程大纲:
第一讲:
1、焊锡原理基本概念理解
2、Reflow设备工作原理
3、Reflow的性能评估解析
4、Reflow温度曲线设定依据
5、Reflow Profile详解
6、焊锡熔化原理详解
7、焊锡不良之短路解析
8、焊锡不良之空焊解析
第二讲:
1、灯芯效应解析
2、反灯芯效应解析
3、墙壁效应解析与对策
4、立碑原理及对策解析
5、锡珠产生的机理及对策
6、爆米花效应及对策
7、葡萄球效应产生机理解析
8、冷焊产生机理及对策
第三讲:
1、V oid产生机理解析及对策
2、焊点的不良分类
3、焊点的可靠性验证详解
4、焊点强度要求及验证
5、PiH穿孔回流焊制程解析
6、PoP profile的设定解析
7、01005组件Profile解析
8、QFN焊接Profile解析
第四讲:
1、Mirror BGA Profile解析
2、超大超厚板Profile解析
3、测温板制作要求
4、温度曲线之SPC制程
5、Reflow设备保养及执行
6、Reflow设备校准
7、Reflow监控系统及应用
8、业界先进的Reflow技术
第五讲:
1. 通孔回流焊接工艺
2. 通孔元件采用回流焊接优点(波峰焊)
3. 通孔元件采用回流焊接缺点(波峰焊)
4. 通孔回流焊接工艺的适用范围
5. 通孔回流焊应用案例
第六讲;
1. 对设备的特殊要求
2. 对工艺方面的特殊要求
3. 印刷施加焊料的方法
4. 通孔元件焊料施加量计算方法
5. 通孔元件的插装工艺(工装)
6. 通孔元件焊盘设计的要求
7. 通孔回流焊接技术(回流曲线)
8. 焊点检测(IPC标准)
讲师介绍
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讲师-薛广辉老师
行业资深实战专家,16年世界一流跨国集团公司PCBA实战经验对军工产品、通讯产品、银行医疗及工业用电子产品、笔记本电脑、台式电脑、平板电脑、智能手机、游戏机、家用电器产品、工业控制板、显卡、FPC(柔性线路板)产品如摄像模组等生产工艺均有实战经验&深入精研。
主导编写SMTA专业培训教材33本,培训PCBA专业技术人才超过1万5千人。
开创校企合作SMT专业并完善授课科目及教材。
尤其擅长各类电子产品不良分析改善,工艺能力提升、工厂良效率提升。
实际经手国际客户、国内客户产品失效分析案例不计其数。
现任SMT远见奖专家评审团评委,中国电子标准协会技术总顾问。
指导、培训过的SMT
厂近300家发表专业技术文章18篇。
授课模式
以实际案例为主阐述SMTA根本原则
走进企业解决实际生产困扰
针对学员提出的实际生产过程中的课题做解答并给予对策指导
重在实战,解决实际问题,互动环节不限定课题
专场专题培训阐述全面深入,从当今世界最先进工艺到国内资源受限公司可执行模式均有执行方案
擅长课题
《SMT Trouble Shooting》、《世界先进的SMTA生产工艺》、《Intermittent Analysis & Actions》、《PoP工艺应用及技术提升》
《胶类应用技术及优劣势分析》、《清洗工艺的应用技术及误区》、《无铅焊接工艺的误区及对策》、《V oid产生机理解析及改善》
《FPC生产工艺及业界发展概况》、《ESD系统建立及执行盲区》、《MSD元件的使用误区及管控系统》、《世界最先进的工厂管理系统-人工智能》、《产品可靠性验证项目选择依据及要求》、《高频产品的特殊焊接要求》、《返修技能提升的基本要求》、《锡膏锡丝助焊剂清洗剂的兼容性验证》、《Strain Gage的影响因素及预防》、《冷焊的产生机理及对策》、《虚焊的产生机理及对策》、《穿孔回流焊技术解析》、《国际性大企业的SMT技术误区》、《高端智能机的工艺难点》、《激光在PCBA焊接中的应用技术》、《超大超厚板的波峰焊爬锡问题解决方案》、《锡膏的制造及应用技术》、《元件脱落的模式及真因分析》、《DFM缺陷板的补救措施》等
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