時間:2022-10-24 05:06:59
開篇:寫作不僅是一種記錄,更是一種創造,它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感,將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇封裝工藝論文,希望這些內容能成為您創作過程中的良師益友,陪伴您不斷探索和進步。
中圖分類號:TN312+.8文獻標識碼:C
Reasearch on Encapsulation Technology Reliability of
High Power White-Light LED
(Ledman Optoelectronic Co., Shenzhen 518108, China)
Abstract: The package prospects and the main function of high power white-light LED are introduced firstly in this paper. And then, the key technology of high power white-light LED package is explained, which including fluorescent coating packaging technology, selecting the sealed silicone, packaging of large-size chip, reliability testing and evaluation. also some detailed researches on meliorating the light spot and improving luminous have been done.
Keywords: High Power White-Light LED; Encapsulation Reliability Technology; light spot; luminous
前 言
全世界已越來越重視節能省電的問題,而LED照明又被視為是下個10年頗受關注的應用,LED要走入普通照明仍有許多問題要克服,主要是由于發光效率太低、成本太高等兩大限制,然而此兩大限制卻皆與大功率白光LED封裝技術的發展息息相關。LED封裝的功能主要包括:(1)機械保護,以提高可靠性;(2)加強散熱,以降低晶片結溫,提高LED性能;(3)光學控制,提高出光效率,優化光束分布;(4)供電管理,包括交流/直流轉變,以及電源控制等。為提高大功率LED封裝技術的可靠性,究竟可以從哪些方面去努力呢?
1 大功率白光LED封裝關鍵技術
剖析LED封裝所需的每一道制程可知,大功率白光LED封裝技術可細分成:(1)支架的設計(包括取光與散熱);(2)晶片的選擇與排列方式;(3)固晶方式;(4)金線線形與粗細;(5)熒光粉種類與涂布結構;(6)Silicone Lens的曲率與折射率。此六項制程皆對LED的散熱性能(熱阻值)、光通量(流明)、發光效率、相對色溫(CCT)、光色的均勻性、壽命等特性深具影響,因此每一環節皆不可輕忽。下面將針對熒光粉涂層結構、封裝膠體、大尺寸晶片封裝作一些研究,并逐一說明其對LED特性影響的關系。
具體從大功率白光LED封裝以下幾個關鍵技術做如下研究和說明:
1.1 熒光膠封裝工藝
熒光粉的作用在于光色復合,形成白光。研究表明隨著溫度上升,熒光粉量子效率降低,出光減少,輻射波長也會發生變化從而引起白光LED色溫、色度的變化。較高的溫度還會加速熒光粉的老化,原因在于熒光粉涂層是由硅膠與熒光粉調配而成,散熱性能較差,當受到紫光或紫外光的輻射時,易發生溫度碎滅和老化,使發光效率降低。此外,高溫下熒光膠的熱穩定性也存在問題。
1.1.1 光斑改善問題
傳統的熒光粉涂敷方式是將熒光粉與硅膠混合然后點涂在晶片上。根據白光的發光原理可以知道,如果熒光粉加入的量太多就會造成發出的光偏黃,加入的量太少就會使得發出的光偏藍。現選用相對應波段的黃色熒光粉和硅膠,根據熒光粉的發光效率合理配制熒光膠,做出的白光其色坐標是在x=0.333,y=0.333附近,但是封裝出的成品光斑是一片藍,一片白,四周黃。這是因為熒光粉被藍光激發的不均勻,也就是說熒光粉的細小顆粒沒有被藍色的光完全激發。分析具體的原因可能是熒光粉的涂敷厚度和形狀未控制好,晶片各個發光面的熒光粉敷蓋厚度不均或熒光粉沉淀導致出射光色彩不一致,出現局部光偏藍或者偏黃。
為了解決光斑不均勻問題,根據兩層透鏡的光輻射圖樣,凸透鏡的角度與外封膠形成的透鏡角度是相近的,于是我們選取熒光粉在支架面上形成的凸透鏡,即熒光膠點凸杯,這樣光斑有一定的改善,但效果仍然不是很理想。
于是引入了擴散劑用以增強藍光激發熒光粉的效率,增強熒光粉的發光效率。通過實驗,發現擴散劑的確對光斑有了改善,使得發出的光斑均勻一致,但是對LED進行測試的時候,發現其亮度不能達到預期的效果。
1.1.2光通量提高問題
在烘烤的過程中,不同溫度和時間對熒光膠的沉淀有不同的影響,使得熒光粉溶液的濃度分布均勻度有偏差,最后造成白光LED的色溫分布不均,使得白光LED的亮度和光斑都不能達到預期效果。那如何改善熒光粉的沉淀,這是新一步研究的問題。從三個方面去改善:
(1) 通過生產工藝改善。即生產過程中,在很短時間里將熒光膠均勻攪拌并脫泡,加快點熒光粉的速度,點好熒光粉的半成品很快進入烘烤,同時依據硅膠特性選定最合適的烘烤溫度和時間。
(2) 加入一種新的物質,使得熒光粉在高溫下也能保持很好的均勻混合狀態。于是導入了化工里面的一種可以同時吸附有機物和無機物的表面活性劑,在溫度和濕度以及熒光粉溶液都相同的條件下,將其中一瓶加入表面活性劑,并做好標號,將兩瓶溶液都攪拌相同的時間至均勻。將其分別排入晶片上,分時間間隔進行色溫測試,通過實驗我們得到了如圖1所示色溫變化圖:
70min后加入表面活性劑的溶液比不加活性劑的溶液中熒光粉的沉淀率降低將近14%。
(3)采用倒裝晶片,將熒光粉混合溶液直接涂抹在晶片上。所用到的溶液膠體不再是硅膠,因為硅膠的流動性較強,如果用傳統的硅膠來混合熒光粉,熒光粉溶液就會從晶片表面溢出,所以這里選擇可以自動成型的UV膠,將UV膠與普通熒光粉按照一定的比例進行均勻混合調配,將調配好的原料加入點膠機針筒對大功率發光二極管晶片進行點膠涂布,將涂布完成的晶片用紫外燈照射進行固化,完成固化工藝過程。UV膠固化后對光線無遮擋,透光性極強,紫外光固膠,固化速度快,產能高,同時流明值提高近10%。
1.2 封膠膠體的研究
在LED使用過程中,電子和空穴復合產生的光子在向外發射時產生的損失,主要包括三個方面:晶片內部結構缺陷以及材料的吸收;光子在出射界面由于折射率差引起的反射損失;由于入射角大于全反射臨界角而引起的全反射損失。
根據折射定律,光線從光密介質入射到光疏介質時,當入射角達到一定值,即大于等于臨界角時,會發生全發射。能射出的光只有入射角小于臨界角所圍成空間立體角內的光,因此其有源層產生的光只有小部分被取出,大部分易在內部經多次反射而被吸收,易發生全反射導致過多光損失。為了提高LED產品封裝的取光效率,必須提高外封膠的折射率,以提高產品的臨界角,從而提高產品的封裝發光效率。同時,封裝材料對光線的吸收要小。為了提高出射光的比例,封裝的外形采取模塑(molding)半球形,這樣,減少了出射界面由于折射率差引起的反射損失,而且光線從封裝材料射向空氣時,幾乎是垂直射到界面,因而不再產生全反射。
對大功率白光LED 模塑進行灌膠,選取透光率、折射率、耐熱性較好的雙組份有機硅膠,這種封膠材料不會因為溫度的劇變所產生的內應力使金線與引線框架斷開,并且全硅膠形成的"透鏡"不會黃變。
1.3 大尺寸晶片封裝
目前,在大功率白光LED中,要在照明領域中普及,取代白熾燈,必須提高總的光通量或者說可以利用的光通量。光通量的增加可以通過提高集成度,加大電流密度、使用大尺寸晶片等措施來實現。雖然大型LED晶片可以獲得大光束,不過加大晶片面積會導致晶片內發光層的電界不均等,發光部位受到局限、晶片內部產生的光線放射到外部過程會嚴重衰減。同廠商60mil和45mil晶片,其它封裝物料相同,初始光通量60mil晶片比45mil晶片高了5個流明,但1,000h老化衰減大了10%,其成品老化光通量衰減對比如圖2所示:
目前大尺寸晶片封裝的散熱,抗衰減等技術問題仍有待進一步研究。
1.4 封裝可靠性測試與評估
LED器件的失效模式主要包括電失效,如短路或斷路、光失效,如高溫導致的灌封膠黃化、光學性能劣化等;機械失效,如引線斷裂,脫焊等。而這些因素都與封裝結構和工藝有關。對于主要用于照明用途的大功率LED,其使用壽命一般指LED輸出光通量衰減為初始的70%的使用時間,壽命測試通常采取加速環境實驗的方法進行可靠性測試與評估,對LED壽命的預測機理和方法的研究仍是有待研究的難題。
2 結束語
環保議題日益突出,各國政府持續推動節能政策,LED照明市場前景很是樂觀。大功率白光LED封裝是一個涉及到光學、熱學、機械、電學、力學、材料、半導體等多學科的研究課題。為了提升LED封裝技術的可靠性,須著重LED封裝技術的每一環節,從某種角度而言,LED封裝不僅是一門制造技術,而且也是一門基礎科學。良好的封裝需要對熱學、光學、材料和工藝力學等物理本質的理解和應用。在封裝過程中,雖然散熱基板,熒光粉,灌封膠等材料選擇很重要,但封裝結構,如熱學界面,光學界面及封裝方式對LED光效和可靠性影響也很大。大功率白光LED封裝需要不斷的引入新材料,新工藝,新思路來提高其可靠性及在照明領域中的地位。
雷曼光電愿與各界同仁一起致力于大功率LED的研發,為LED光電事業做出貢獻。
參考文獻
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關鍵詞:光伏崗位;實踐教學體系;建立;實施
中圖分類號:G434;N45 文獻標志碼:B 文章編號:1674-9324(2015)38-0256-02
引言:
各國高校所開設的光伏專業是以培養能在光伏領域內,從事太陽電池、組件、發電系統設計、制造和新產品、新技術開發等方面工作的高級科技人才為目標的。無論從技術角度還是從學科角度考慮,都要求光伏從業人員不僅要掌握全面的光伏專業知識,而且還應具備較強的實踐能力和技術創新能力。然而目前,我國高校培養的光伏專業學生專業實踐能力普遍偏弱,成為制約我國光伏產業發展的巨大障礙。究其根源在于現在國內高校光伏專業在人才培養方面未形成系統化、可借鑒、有效的實踐教學體系,所以如何構建科學合理的光伏實踐教學體系是開設光伏專業高校必須要關注的重要課題。
專業主修能力是指本科生經過四年的學習應具備和達到的專業能力。通過專業主修能力的提升,可以帶動其他能力的發展與提升。渤海大學是國內最早開設光伏人才培養的高校之一,在光伏人才培養方面,非常注重學生專業主修能力的培養和專業實踐技能的提升。本文以光伏就業崗位需求為導向,從專業主修能力培養角度,介紹渤海大學光伏專業實踐教學體系的建設情況,探討光伏實踐教學如何建立和如何有效實施等基本問題。
一、光伏崗位所需的實踐能力簡析
完整的光伏產業鏈呈現出金字塔形結構,主要包括硅料、鑄錠(拉棒)、切片、電池片、電池組件、光伏發電系統等6個環節,其中上游為硅料、硅片環節,中游為電池片、電池組件環節,下游為光伏發電系統環節。與這一產業鏈相關的崗位群主要包括:單晶(多晶)硅棒、硅片制造生產、光伏電池生產、光伏組件加工、光伏發電系統施工等。對太陽電池、組件及發電系統標準生成過程而言,可以將光伏崗位所需的實踐能力分為基礎實踐能力、基本實踐能力和主修實踐能力三個層次的綜合,如圖1所示。其中基礎實踐能力是所有光伏專業本科畢業生都應該具備的能力,具體包括常規工藝測試能力、一般設備的操作能力和簡單工藝結果的分析能力等實踐能力;基本實踐能力是從事某專業崗位所需的最基本的基礎技能,是崗位群內通用的能力,包括工藝參數控制能力、設備維護和保養能力、實驗過程設計能力等實踐能力;主修實踐能力是指運用專業技術完成某種崗位的任務,并通過分析研究可以進一步做出正確決策并實施管理的能力,包括特定工作崗位上需要的工藝和器件設計能力、工藝過程監控和調整的能力、設備維修和開發等實踐能力。崗位能力是多種能力模塊融會貫通形成的,能力模塊之間具有某種遞進或層次關系,正確劃分實踐能力模塊是崗位能力培養的前提和基礎。
二、模塊化實踐教學體系的建立
依據光伏崗位實際需求所開設的實踐教學環節,目前渤海大學已建成四個光伏技能綜合訓練模塊(如圖2所示),用于專業基礎實踐能力和專業主修能力的培養。四個光伏技能綜合訓練模塊包括工藝模塊、測試模塊、EDA仿真模塊以及太陽能發電系統工程技術模塊。工藝模塊包括清洗、擴散、氧化、光刻、濕法刻蝕、干法刻蝕、金屬膜蒸鍍、退火、介質膜生長、晶片切割、芯片封裝等若干子模塊。測試模塊包括半導體工藝過程參數測試、半導體器件成品參數測試、光伏發電系統參數等子模塊;EDA仿真模塊包括半導體工藝仿真、半導體器件設計、電子線路等子模塊;太陽能發電系統工程技術模塊包括光伏組件、光伏逆變系統、儲能系統、高效光伏發電系統等子模塊。各模塊的實踐教學內容覆蓋了半導體測試與表征技術、半導體材料、半導體器件制造工藝、半導體器件物理、電子元器件失效分析、EDA技術等課程的實驗教學任務,學生可實現光伏技術規范基本技能訓練。通過形成系統化、規模化、工程化的實踐教學體系,開設與光伏企業實際生產過程緊密結合的實驗教學內容及選修實踐教學內容,突出專業主修實踐能力的“專”、“精”、“獨”、“特”的特點。
三、基于主修能力培養的實踐教學內容設定
渤海大學新能源學院擁有遼寧省微電子工藝控制重點實驗室、遼寧省光電功能材料檢測與技術重點實驗室、遼寧省光伏發電控制與集成工程技術研究中心等6個省級實驗教學平臺,可實現晶硅太陽電池、小型光伏發電系統、功率半導體器件和小規模集成電路的設計、加工、表征、測試和組裝工藝訓練,為增強實踐教學效果提供了強有力的支撐。
在工藝訓練過程中,大學一年級屬于奠定基礎階段。該階段主要結合大學物理、工科化學和計算機等相關課程的實踐教學,培養學生的基本實踐動手能力和實踐興趣。大學二年級屬于技能養成階段。該階段主要借助一些專業課程關聯的實踐課程,如近代物理實驗、電路分析實驗、模擬電子技術實驗、數字電子技術實驗、現代測試技術和創新實踐等實踐環節,強化學生的實驗技能培養,同時以開放實驗的形式,加強學生對光伏技術有關工序的理解。大學三年級屬于技能提高階段。該階段主要通過專業基礎實驗、專業測試實驗和專業工藝實驗等實踐教學環節,結合學生的興趣完成專業基本實踐能力和專業主修實踐能力的培養。通過這些與工作崗位結合的實訓內容的訓練,訓練學生的實踐動手能力,達到在做中學、在學中練的目的。
在專業基本實踐能力培養過程中,開設大量綜合實驗和基本技能訓練實驗。在確定專業實驗題目過程中,每年都根據人才市場專業人才需求的變化,對培養方案中實踐教學內容進行調整,確保人才培養與市場需求緊密結合;探索新的實踐模式,提高了人才培養的質量。目前,各模塊均開出多種綜合性實驗題目,學生可獲得多種光伏技術基本技能的訓練,有效地鍛煉了光伏類專業學生的實踐能力。
在主修實踐教學過程中,渤海大學重點培養以下幾方面的實踐動手能力,具體包括:晶硅片切磨拋加工;晶硅電池擴散加工;介質膜材料生長控制;電池組件封裝;化合物電池制備。學生依據興趣可選擇培養:設備使用能力和工藝參數控制能力。具體包括晶片切磨拋加工設備的使用和工藝參數控制、晶硅電池擴散加工設備的使用和工藝參數控制、介質膜材料生長加工設備的使用和工藝參數控制、電池組件封裝加工設備的使用和工藝參數控制、化合物電池加工設備的使用和工藝參數控制。在設備使用能力的考核過程中,主要考核方法為實操。在工藝參數控制能力的考核過程中,主要考核方法為論文和分析報告。并根據考核結果給出學生的最終成績。
四、結論
渤海大學光伏專業依據崗位實際需求確定專業實踐體系,并建立了可極大提升實踐教學效果和學生專業實踐技能的模塊化實踐教學環節。在實踐教學體系建設方面,探索出一條適用于國內高校光伏類專業人才培養的實踐教學途徑。學生可根據基本實踐能力培養要求和未來欲從事的專業技術崗位,選擇自己感興趣的工藝實驗題目。從而明確了學生學習的主體地位,強調了學生對老師、對實踐課程的自主選擇權。通過這種以學生為本的專業主修能力訓練,讓學生進入工作模式,扮演技術人員角色,進行具體操作,讓學生把理論形態的實踐能力轉化為實踐形態的實踐能力。
參考文獻:
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【關鍵詞】機電設備安裝;常見問題;處理措施;調試
0、引言
隨著科學技術的飛速發展,電動設備安裝技術也日益完善。在建筑機電設備安裝施工完成之后,通常要對電動機及其所帶的機械作單機起動調試。調試運行設備是在施工單位人員的操作下,按照正式生產或使用的條件和要求進行較長時間的工作運轉,與項目設計的要求進行對比。目的是考驗設備設計、制造和安裝調試的質量,驗證設備連續工作的可能性,對設備性能作一檢測,并將檢測的數據與設備制造出廠記錄的數據進行比較,對設備工程的質量作出評價。
一、機電設備安裝常見技術問題
1.螺栓聯接問題。螺栓、螺母聯接是機電行業的一種最基本的裝配,聯接過緊時.螺栓在機械力與電磁力的長期作用下容易產生金屬疲勞,發生剪切或螺牙滑絲等聯接過松的情況,使部件之間的裝配松動,引發事故。對于電氣工程傳導電流的螺栓、螺母聯接。不僅要注意其機械效應,更應注意其電熱效應,壓接不緊,接觸電阻增大,通電時產生發熱一接觸面氧化一電阻增大惡性循環,直至嚴重過熱,燒熔聯接處,造成接地短路、斷開事故。對于一次設備及母線,聯接線的并溝線夾、T型線夾、設備線夾、接線相等都可能因此產生程度不同的事故。
2超電流問題。
(1)泵:軸承損壞,轉子與殼體相磨擦,泵內有異物等。
(2)電機:功率偏小,過載電流整定偏小,線路電阻偏高,電源缺相等。
(3)工藝操作:所送介質超過泵的設計能力如密度大、粘度高、需求量高等。
3.振動問題。
(1)泵:轉子不平衡,軸承間隙大,轉子和定子相磨擦,轉子與殼體同心度差等,這些都是機械方面的問題。
(2)電機::轉子不平衡,軸承間隙大,轉子和定子氣隙不均勻。
(3)操作:主要是工藝操作參數偏離泵的額定參數太多引起泵的運行不平穩。例如:出口閥控制的流量太小引起的震動等,這要求工藝盡量接近泵的額定參數進行操作。
4.電氣設備問題。
(1)安裝隔離開關時動、靜觸頭的接觸壓力與接觸面積不夠或操作不當可能導致接觸面的電熱氧化使接觸電阻,增大,灼傷、燒蝕觸頭,造成事故。
(2)斷路器弧觸指及觸頭裝配不正確插入行程、接觸壓力、同期性、分合閘速度達不到要求,將使觸頭過熱、熄弧時間延長,導致絕緣介質分解,壓力驟增。引發斷路器爆炸事故。
(3)電流互感器因安裝檢修不慎,使一次繞組開路,將產生很高的過電壓,危及人身與設備安全。
(4)有載調壓裝置的調節裝置機構裝配錯誤,或裝配時不慎掉入雜物,卡住機構,也將發生程度不同的事故。
(5)主變壓器絕緣破壞或擊穿。在安裝主變吊芯和高壓管等主要工作時,不慎掉入雜物(如螺帽、鑰匙等,這些情況在工程實踐中并不罕見),器身、套管內排水不徹底,密封裝置安裝錯誤,或者在安裝中損壞,都會使主變絕緣強度大為降低,可能導致局部絕緣破壞或擊穿,造成惡性事故。
二、機電設備安裝技術處理措施
1.嚴格施工組織設計及設備、設施選擇。施工組織設計和設備、設施選擇是經有關科技人員共同研究商定的,通過技術計算和驗算,既有其使用價值,又可保證良好的經濟效益,不要隨便更改選用設備,否則會影響基礎工作的進展。
2.按計劃開展安裝工作、統一安排。每一項機電設備安裝工作順序都有其科學性。一個安裝工程的計劃排隊是經過多方面的考慮,經過技術論證排出的,是有科學根據并有一定指導性的.不要隨便改動。以免造成背工窩工,工程進度連續不上。對大型安裝工程,由于設備多,安裝環節多,因此對每一項安裝都必須有總體布置做到統一安排,施工隊中必須有一個統一指揮的機電隊長(或項目副經理)對各項工作進行協調處理,集思廣益,多征求職工的工作意見。
3.嚴格按照設計要求進行施工做到要主次分明。每一種設備的安裝,都有很嚴格的技術要求,只有按設計技術要求施工,才能減少不必要的時間流失和材料消耗。一種設備的基礎是經過設計部門的計算設計出來的,按要求施工,才能保證質量,保證安全。
4.按常規安裝方式對設備進行安裝。每種設備的安裝,都有一定的作業方式和工作順序,不能急于求成,工序顛倒。例如:井架安裝,常規作業方法是一層組裝起后,進行初操平找正。然后逐層安裝。井架安裝完后,各連接部位必須一條不少地穿上螺栓,擰緊所有連接螺栓,進行整體操平找正。最后才是井架四腳二次灌灰。切不可一層安裝完后不進行初操平找正,整體安裝完后不精確操平找正,連接部位缺件,就二次灌灰,給上層安裝工作帶來困難,造成不好安、對不上、穿不上螺栓等尾工量多的現象結果造成安裝質量低不合乎安裝質量標準要求。
5.提高機電工人整體素質。機電工索質低是造成安裝速度和安裝質量低的人為因素。機電工在安裝對必須經過崗前培訓,掌握一般安裝知識,熟知安裝標準,該找平的必須找平。該連接的部位螺栓必須一條不少,該穿地腳螺栓的部位必須一條不少;電工在設備供配電上應做到按規程規范接電,對供電設備開關、控制盤應做到提前檢修,接好電后必須對設備進行試運轉。
三、通電調試
1.機電設備調試過程。機電設備在出廠時一般無法進行總裝和負荷試驗,即使是使用過的設備,由于拆卸、搬運及再次安裝,難免改變原始安裝狀態,所以,對安裝好的機電設備盡快進行調試就顯得非常重要。
(1)要再次檢查設備裝配的完整性、合理性、安全性和滲漏痕跡等,以便調試工作安全、順利進行。
(2)調試時,主要試驗其工作質量、操作性能、可靠性能、經濟性能等。
(3)應在施工現場進行空負荷和負荷試驗,以正確檢驗其性能是否達到工業化生產技術條件要求。調試過程中,參加調試的機械技術人員和隨機操作人員須時時到位,以主動了解設備的現實技術狀況、調試程序、操作控制方法等。
2.撰寫安裝調試技術報告。撰寫安裝調試技術報告是機電設備初次安裝調試后進行技術、資產及財務驗收的主要依據之一,是一項必須做好的工作。安裝調試報告應以讀者能再現其安裝、調試過程。并得出與文中相符的結果為準。機電設備安裝調試技術報告作為一種科技文件,其內容比較專深、具體,有關人員應意識到它的重要性。撰寫時注意與論文的區別,應詳略得當、主次分明。
四、驗收
機電設備安裝調試結束之后,要進行技術驗收和總結。施工承包單位在工程具備竣工驗收條件時,應在自評、自查工作完成后,向項目監理部提交竣工驗收報驗單及竣工報告;總監理工程師組織各專業監理工程師對工程竣工資料及工程實體質量完成情況進行預驗收對檢查出的問題,督促蒯工單位及時整改,經項目監理部對竣工資料和工程實體全面檢查、驗收合格后,由總監理工程師簽署工程竣工報驗單,并向建設單位提出資料評估報告。對一些竣工驗收后工程移交前未來得及完成整改的問題,可征得安裝單位的同意,做甩項處理,在監理的督促和跟蹤下可以在工程移交后繼續完善。
五、結束語
參考文獻
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