DE102008039921B4 - Method of manufacturing an electronic device with a discrete component - Google Patents
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Abstract
Verfahren zur Herstellung eines elektronischen Gerätes (1) mit einem diskreten Bauelement (3) auf einer Leiterplatte (7) in einem Gehäuse (17), das folgende Verfahrensschritte aufweist:- Herstellen eines Gehäuses (17) mit flächigem Wärmeableitungsbereich (19) im Gehäuseboden (10);- Herstellen einer Leiterplatte (7) mit Durchkontaktöffnungen für Durchkontakte (18) mindestens eines diskreten Bauelements (3) ;- Bestücken der Leiterplatte (7) mit dem diskreten Bauelement (3) ; dadurch gekennzeichnet, dass- vor dem Bestücken der Leiterplatte (7) mit dem diskreten Bauelement (3) Durchgangsöffnungen (12) durch die Leiterplatte (7) in dem Bestückungsbereich des diskreten Bauelements hergestellt werden;- der flächige Wärmeableitungsbereich (19) mit einer Klebstoffmasse (11) bedeckt wird;- die mit dem diskreten Bauelement (3) bestückte Leiterplatte (7) mit ihrer Verdrahtungsseite (9) in die Klebstoffmasse (11) gepresst wird und- die Klebstoffmasse (11) durch die Durchgangöffnungen (12) im Bereich des diskreten Bauelements (3) dringt und einen Freiraum (13) zwischen dem diskreten Bauelement (3) und der Bestückungsseite (8) der Leiterplatte (7) mit der Klebstoffmasse (11) der Verdrahtungsseite (9) der Leiterplatte (7) im Bereich der Öffnungen (12) auffüllt und aushärtet, und- die ausgehärtete Klebstoffmasse (11) das diskrete Bauelement (3) stützt.A method for producing an electronic device (1) with a discrete component (3) on a printed circuit board (7) in a housing (17), comprising the following process steps: Production of a housing (17) with a flat heat dissipation area (19) in the housing base ( 10); - Production of a circuit board (7) with through-contact openings for through-contacts (18) of at least one discrete component (3); - Equipping the circuit board (7) with the discrete component (3); characterized in that - before the circuit board (7) is fitted with the discrete component (3), through openings (12) are made through the circuit board (7) in the assembly area of the discrete component; - the flat heat dissipation area (19) with an adhesive compound ( 11) is covered; - the circuit board (7) equipped with the discrete component (3) is pressed with its wiring side (9) into the adhesive compound (11) and - the adhesive compound (11) through the through openings (12) in the area of the discrete Component (3) penetrates and a free space (13) between the discrete component (3) and the component side (8) of the circuit board (7) with the adhesive compound (11) of the wiring side (9) of the circuit board (7) in the area of the openings ( 12) fills up and hardens, and the hardened adhesive mass (11) supports the discrete component (3).
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines elektronisches Gerät mit mindestens einem mechanischen Belastungen ausgesetzten diskreten Bauelement. Das diskrete Bauelement weist Außenanschlüsse auf und ist mit diesen auf einer Bestückungsseite einer Leiterplatte fixiert. Die Leiterplatte weist eine Verdrahtungsseite auf, mit der die Außenanschlüsse mechanisch und elektrisch in Verbindung stehen. Ein flächiger wärmeableitender Gehäuseboden ist mindestens teilweise parallel zu der Verdrahtungsseite ausgerichtet und steht über eine Klebstoffmasse mit der Verdrahtungsseite der Leiterplatte mechanisch und thermisch in Verbindung.The invention relates to a method for producing an electronic device with at least one discrete component exposed to mechanical loads. The discrete component has external connections and is fixed with these on a component side of a circuit board. The circuit board has a wiring side with which the external connections are mechanically and electrically connected. A flat, heat-dissipating housing base is aligned at least partially parallel to the wiring side and is mechanically and thermally connected to the wiring side of the circuit board via an adhesive compound.
Die
Auch die
Schließlich offenbart die
Derartige elektronische Geräte mit mindestens einem diskreten Bauelement werden vorzugsweise in Fahrzeugen eingesetzt, wobei derartige elektronische Geräte einer erhöhten Vibration ausgesetzt sind, die teilweise die Lötstellen der Außenanschlüsse der diskreten Bauelemente auf der Verdrahtungsseite der Leiterplatte gefährdet bis hin zum Abreißen von einzelnen Außenanschlüssen des diskreten Bauelements von dem Körper des diskreten Bauelements. Ein derartiges Abreißen eines Außenanschlusses kann zur Zerstörung des gesamten elektronischen Gerätes führen.Such electronic devices with at least one discrete component are preferably used in vehicles, with such electronic devices being exposed to increased vibration, which in some cases endangers the soldering points of the external connections of the discrete components on the wiring side of the circuit board, up to and including the tearing off of individual external connections of the discrete component the body of the discrete component. Such a tearing off of an external connection can lead to the destruction of the entire electronic device.
Außerdem wird häufig in derartigen elektronischen Geräten für Kraftfahrzeuge eine hohe Wärmeverlustleistung entwickelt, die abzuführen ist. Dazu ist aus der Druckschrift
Bei dieser bekannten Wärmeableitungsvorrichtung wird jedoch keine Lösung für das Auftreten hoher Vibrationen offenbart, so dass nach wie vor die Gefahr besteht, dass Außenanschlüsse der einzelnen Bauelemente einer Abrissgefahr auf der Leiterplatte ausgesetzt sind.In this known heat dissipation device, however, no solution is disclosed for the occurrence of high vibrations, so that there is still the risk that external connections of the individual components are exposed to the risk of tearing off the circuit board.
Aufgabe der Erfindung ist es, den Vibrationsschutz insbesondere von diskreten Bauelementen auf einer Leiterplatte in einem elektronischen Gerät zu verbessern und ein Verfahren anzugeben, mit dem diskrete Bauelemente in dem elektronischen Gerät besser vor Vibrationen geschützt sind.The object of the invention is to improve the vibration protection, in particular of discrete components on a printed circuit board in an electronic device, and to specify a method with which discrete components in the electronic device are better protected from vibrations.
Diese Aufgabe wird mit dem Gegenstand des unabhängigen Anspruchs gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.This object is achieved with the subject matter of the independent claim. Advantageous developments result from the dependent claims.
Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Herstellung eines elektronischen Geräts mit mindestens einem, mechanischen Belastungen ausgesetzten, diskreten Bauelement geschaffen.According to the invention, a method for producing an electronic device with at least one discrete component exposed to mechanical loads is created.
Das Verfahren zur Herstellung eines elektronischen Gerätes mit einem diskreten Bauelement auf einer Leiterplatte in einem Gehäuse weist die nachfolgenden Verfahrensschritte auf. Zunächst wird ein Gehäuse mit flächigem Wärmeableitungsbereich im Gehäuseboden hergestellt. Dieser Wärmeableitungsbereich kann nach außen auch Kühlrippen aufweisen. Im Innern weist dieser Wärmeableitungsbereich einen thermisch leitenden Klebstoff auf, auf den die Leiterplatte mit ihrer Verdrahtungsseite aufgeklebt werden kann.The method for producing an electronic device with a discrete component on a printed circuit board in a housing has the following method steps. First, a housing with a flat heat dissipation area is produced in the housing base. This heat dissipation area can also have cooling fins on the outside. Inside, this heat dissipation area has a thermally conductive adhesive to which the circuit board can be glued with its wiring side.
In einem weiteren Schritt wird die Leiterplatte mit Durchkontaktöffnungen für Durchkontakte mindestens eines diskreten Bauelements hergestellt, wobei vor einem Bestücken der Leiterplatte mit dem diskreten Bauelement Durchgangsöffnungen durch die Leiterplatte in dem Bestückungsbereich des diskreten Bauelements hergestellt werden. Anschließend kann die Bestückung der Leiterplatte mit integrierten Schaltungen und diskreten Bauelementen erfolgen. In Vorbereitung des Zusammenbaus von Gehäuseboden mit der Leiterplatte wird der flächige Wärmeableitungsbereich mit einer Klebstoffmasse bedeckt, wobei die Menge der Klebstoffmasse größer bemessen wird, als es für die eine Wärmekopplung im Wärmeableitungsbereich zwischen Leiterplattenunterseite und Gehäuseboden erforderlich wäre.In a further step, the circuit board is produced with through-contact openings for through-contacts of at least one discrete component, with through-openings being made through the circuit board in the placement area of the discrete component before the circuit board is fitted with the discrete component. The printed circuit board can then be fitted with integrated circuits and discrete components. In preparation for the assembly of the housing base with the circuit board, the flat heat dissipation area is covered with an adhesive compound, the amount of adhesive compound being larger than would be required for a thermal coupling in the heat dissipation area between the underside of the circuit board and the housing base.
Dann wird die mit dem diskreten Bauelement bestückte Leiterplatte mit ihrer Verdrahtungsseite in die Klebstoffmasse gepresst und durch den Überschuss an Klebstoffmasse dringt diese Klebstoffmasse durch die Durchgangöffnungen im Bereich des diskreten Bauelements und füllt einen Freiraum zwischen dem diskreten Bauelement und der Bestückungsseite der Leiterplatte mit der Klebstoffmasse von der Verdrahtungsseite der Leiterplatte aus im Bereich der Öffnungen auf und kann anschließend ausgehärtet werden. Die ausgehärtete Klebstoffmasse stützt schließlich das diskrete Bauelement und schützt es vor mechanischen Belastungen, vorzugsweise vor Vibrationen. Um nicht nur eine mechanische Fixierung zu erreichen, sondern auch eine gute Wärmeableitung, wird als Klebstoffmasse vorzugsweise ein wärmeleitendes isolierendes Klebstoffmaterial eingesetzt.The wiring side of the printed circuit board equipped with the discrete component is then pressed into the adhesive mass and, due to the excess of adhesive mass, this adhesive mass penetrates through the openings in the area of the discrete component and fills a space between the discrete component and the component side of the printed circuit board with the adhesive mass the wiring side of the circuit board in the area of the openings and can then be cured. The cured adhesive compound finally supports the discrete component and protects it from mechanical loads, preferably from vibrations. In order to achieve not only mechanical fixation, but also good heat dissipation, a thermally conductive, insulating adhesive material is preferably used as the adhesive mass.
Dabei kann das Klebstoffmaterial eingelagerte thermisch leitende Partikel aufweisen. So ist es möglich, als Klebstoffmaterial einen Zweikomponenten Klebstoff einzusetzen, der ein Gel mit eingelagerten thermisch leitenden Partikeln aus Kohlenstoff aufweist. Die thermisch leitenden Partikel in der isolierenden Klebstoffmasse können durchaus Metallpartikel sein, deren Außenabmessungen jedoch kleiner als Leiterbahnabstände der Verdrahtungsseite der Leiterplatte sind, so dass beim Einsatz dieses thermisch sehr gut leitenden Klebstoffs keine Kurzschlüsse entstehen können. Dazu werden vorzugsweise kugelförmige Metallpartikel eingesetzt, deren Außendurchmesser ebenfalls kleiner als die Leiterbahnabstände der Leiterplatte sind.The adhesive material can have embedded thermally conductive particles. It is thus possible to use a two-component adhesive as the adhesive material, which has a gel with embedded thermally conductive particles made of carbon. The thermally conductive particles in the insulating adhesive mass can certainly be metal particles, but their external dimensions are smaller than the conductor track distances on the wiring side of the circuit board, so that no short circuits can occur when using this thermally highly conductive adhesive. For this purpose, spherical metal particles are preferably used, the outer diameter of which is also smaller than the conductor track spacings of the circuit board.
In einer weiteren bevorzugten Durchführung des Verfahrens wird vor dem Aufbringen eines Gehäusedeckels mindestens teilweise Klebstoffmasse auf eine Oberseite des diskreten Bauelements aufgebracht, wobei die Klebstoffmasse beim Zusammenbau des Gehäusedeckels mit dem Gehäuseboden zu einem Gehäuse einen Freiraum zwischen Gehäusedeckel und Oberseite des diskreten Bauelements auffüllt und aushärtet und damit eine weitere Stütze für das diskrete Bauelement darstellt.In a further preferred implementation of the method, before a housing cover is applied, at least partially adhesive mass is applied to an upper side of the discrete component, the adhesive mass filling and hardening a free space between the housing cover and the upper side of the discrete component when the housing cover is assembled with the housing base to form a housing thus providing further support for the discrete component.
Das diskrete Bauelement weist Außenanschlüsse auf und ist mit diesen auf einer Bestückungsseite einer Leiterplatte fixiert. Die Leiterplatte weist eine Verdrahtungsseite, mit der die Außenanschlüsse mechanisch und elektrisch in Verbindung stehen, auf. Ein flächiger wärmeableitender Gehäuseboden ist mindestens teilweise parallel zu der Verdrahtungsseite ausgerichtet und steht über eine Klebstoffmasse mit der Verdrahtungsseite der Leiterplatte mechanisch und thermisch in Verbindung. Unterhalb des diskreten Bauelements weist die Leiterplatte Öffnungen auf, wobei die Öffnungen und ein Freiraum zwischen dem diskreten Bauelement und der Bestückungsseite der Leiterplatte mit der Klebstoffmasse der Verdrahtungsseite der Leiterplatte im Bereich der Öffnungen aufgefüllt sind, wobei die Klebstoffmasse das diskrete Bauelement stützt.The discrete component has external connections and is fixed with these on a component side of a circuit board. The circuit board has a wiring side with which the external connections are mechanically and electrically connected. A flat, heat-dissipating housing base is at least partially aligned parallel to the wiring side and is mechanically and thermally connected to the wiring side of the circuit board via an adhesive compound. The circuit board has openings below the discrete component, the openings and a space between the discrete component and the component side of the circuit board being filled with the adhesive compound of the wiring side of the circuit board in the area of the openings, the adhesive compound supporting the discrete component.
Dieses durch das erfindungsgemäße Verfahren hergestellte elektronische Gerät hat den Vorteil, dass es für die auf der Leiterplatte befindlichen diskreten Bauelemente keine gesonderten Träger- oder Stützvorrichtungen benötigt, um diese auf der Leiterplatte so zu fixieren, dass sie den Vibrationen, denen das elektronische Gerät ausgesetzt ist, standhalten können. Darüber hinaus ist es möglich, dieses elektronische Gerät kostengünstig herzustellen, da bisherige Prozessschritte einsetzbar sind und keine extra Stützvorrichtungen für diskrete Bauelemente auf einer vibrationsgefährdeten Leiterplatte zum Schutz der diskreten Bauelemente aufzubringen sind.This electronic device produced by the method according to the invention has the advantage that it does not require any separate carrier or support devices for the discrete components located on the circuit board in order to fix them on the circuit board in such a way that they are exposed to the vibrations to which the electronic device is exposed , can withstand. In addition, it is possible to manufacture this electronic device inexpensively, since previous process steps can be used and no extra support devices for discrete components need to be attached to a vibration-prone circuit board to protect the discrete components.
Die Öffnungen in der Platine unterhalb eines schwingungsgefährdeten diskreten Bauelements können gleichzeitig mit den üblichen Öffnungen, die erforderlich sind, um Außenanschlüsse von der Bestückungsseite zu der Verdrahtungsseite durchzuschleifen, hergestellt werden. Beim Anbringen der Öffnungen in Form von Bohrungen ist ihre Position, ihr Durchmesser und ihre Anzahl jeweils von der Bauteilgeometrie des diskreten Bauelements abhängig. Auch die später auftretenden mechanischen Belastungen in Form von Vibrationen entscheiden mit über Position, Durchmesser und Anzahl der Öffnungen.The openings in the circuit board underneath a discrete component that is endangered by vibrations can be produced at the same time as the usual openings that are required to loop through external connections from the component side to the wiring side. When the openings are made in the form of bores, their position, their diameter and their number are each dependent on the component geometry of the discrete component. The mechanical loads that occur later in the form of vibrations also determine the position, diameter and number of openings.
Die Klebemenge richtet sich nach der Anzahl der Bohrungen, dem Durchmesser der Bohrungen und der Durchstiegstiefe der Bohrungen, um sicherzustellen, dass beim Einbau der Leiterplatte genügend Klebstoffmasse durch die Öffnungen dringen kann, um den Freiraum zwischen diskretem Bauelement und Leiterplattenoberseite mit Klebstoffmasse zumindest teilweise zu füllen. Das diskrete Bauelement ist neben der Stütze durch die Klebstoffmasse mit mindestens zwei Drahtanschlüssen als Außenanschlüsse auf der Leiterplatine fixiert. Diese durch Vibrationen gefährdeten Außenanschlüsse werden durch die stützende Klebstoffmasse vor mechanischen Belastungen geschützt, so dass auch die Lötstellen der Rückseite der Leiterplatte einer verminderten Belastung ausgesetzt sind.The amount of adhesive depends on the number of holes, the diameter of the holes and the penetration depth of the holes in order to ensure that when the circuit board is installed, sufficient adhesive can penetrate through the openings to at least partially fill the space between the discrete component and the top of the circuit board with adhesive . In addition to the support, the discrete component is fixed by the adhesive compound with at least two wire connections as external connections on the circuit board. This through External connections endangered by vibrations are protected from mechanical loads by the supporting adhesive mass, so that the soldering points on the rear side of the circuit board are also exposed to a reduced load.
Das elektronische Gehäuse weist vorzugsweise als diskrete Bauelemente oberflächenmontierbare Bauelemente auf, die mit ihren Außenanschlüssen direkt auf der Oberseite bzw. der Bestückungsseite der Leiterplatte aufgelötet sind. Diese Lötverbindungen werden nicht durch einen Durchkontakt zusätzlich gestützt und sind deshalb besonders bei mechanischer Belastung gefährdet. Mit der erfindungsgemäßen Maßnahme, nämlich den Freiraum zwischen Oberseite der Leiterplatte und Unterseite des diskreten Halbleiterbauelements aufzufüllen, können nun Vibrationen von diesen empfindlichen oberflächenmontierbaren Außenanschlüssen eines diskreten Bauelements ferngehalten werden.The electronic housing preferably has surface-mountable components as discrete components, the external connections of which are soldered directly to the top or the component side of the circuit board. These soldered connections are not additionally supported by a through contact and are therefore particularly at risk from mechanical stress. With the measure according to the invention, namely filling up the space between the top of the circuit board and the bottom of the discrete semiconductor component, vibrations can now be kept away from these sensitive surface-mountable external connections of a discrete component.
Vorzugsweise weist das elektronische Gerät als diskretes Bauelement ein Bauelement der Gruppe Spule, Kondensator, Widerstand, Ferritbauelement, Potentiometer, Drehkondensator oder Hybridbauelement auf.The electronic device preferably has a component from the group of coil, capacitor, resistor, ferrite component, potentiometer, variable capacitor or hybrid component as a discrete component.
Neben dem Gehäuseboden weist das elektronische Gerät auch einen Gehäusedeckel auf, wobei die Leiterplatte zwischen Gehäuseboden und Gehäusedeckel fixiert ist. Durch eine zusätzliche Maßnahme kann auch der Gehäusedeckel zur Fixierung von diskreten Bauelementen und zum Vibrationsschutz derselben beitragen, indem der Freiraum zwischen Gehäusedeckel und einer Oberseite eines diskreten Bauelements ebenfalls mindestens teilweise mit Klebstoff aufgefüllt ist. Somit ist das Bauelement über die Klebstoffmassen zwischen Gehäusedeckel und Bauelement sowie Leiterplattenoberseite und Bauelement derart fixiert, dass das diskrete Bauelement praktisch zwischen Gehäusedeckel und Leiterplatte eingeklemmt ist.In addition to the housing base, the electronic device also has a housing cover, the printed circuit board being fixed between the housing base and the housing cover. By means of an additional measure, the housing cover can also contribute to the fixation of discrete components and to their vibration protection, in that the free space between the housing cover and an upper side of a discrete component is also at least partially filled with adhesive. The component is thus fixed via the adhesive between the housing cover and the component as well as the top of the circuit board and the component in such a way that the discrete component is practically wedged between the housing cover and the circuit board.
Bei dem elektronischen Gerät handelt es sich vorzugsweise um eine Führungsvorrichtung eines Fahrzeugs aus der Gruppe Motorsteuerungsvorrichtung, Transmissionssteuervorrichtung, Antiblockiervorrichtung (ABS) oder elektronische Sicherheitssteuerungsvorrichtung (ESP). Derartige Führungsvorrichtungen werden in den oben beschriebenen Gehäusen aus Gehäusedeckel und Gehäuseboden verbaut und können durch die erfindungsgemäße Abstützung einzelner Bauelemente eine hohe Zuverlässigkeit ihrer Funktionalität erreichen.The electronic device is preferably a guiding device of a vehicle from the group of engine control device, transmission control device, anti-lock device (ABS) or electronic safety control device (ESP). Such guide devices are installed in the above-described housings comprising a housing cover and housing base and can achieve a high level of functionality in terms of functionality through the inventive support of individual components.
Die Erfindung wird nun anhand der beigefügten Figuren näher erläutert.
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1 zeigt einen schematischen Querschnitt durch ein elektronisches Gerät gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung; -
2 bis8 zeigen schematische Querschnitte durch Teilbereiche von Komponenten zur Herstellung eines elektronischen Gerätes gemäß1 ; -
2 zeigt einen schematischen Querschnitt durch einen Teilbereich eines Gehäusedeckels des elektronischen Gerätes gemäß1 ; -
3 zeigt einen schematischen Querschnitt durch einen Teilbereich eines Gehäusebodens des elektronischen Gerätes; -
4 zeigt einen schematischen Querschnitt durch einen Teilbereich einer nicht bestückten Leiterplatte vor dem Bestücken derselben; -
5 zeigt einen schematischen Querschnitt durch die Leiterplatte gemäß4 nach Bestücken derselben mit einem diskreten Bauelement; -
6 zeigt einen schematischen Querschnitt durch den Gehäuseboden nach Aufbringen einer Klebstoffmasse in einem Wärmeableitungsbereich; -
7 zeigt einen schematischen Querschnitt durch den Gehäuseboden gemäß6 nach Aufbringen der bestückten Leiterplatte gemäß5 ; -
8 zeigt einen schematischen Querschnitt durch das elektronische Gerät nach Aufbringen des Gehäusedeckels; -
9 bis 12 zeigen schematische Querschnitte durch ein elektronisches Gerät gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung; -
9 zeigt einen schematischen Querschnitt durch einen Gehäuseboden mit aufgebrachter Klebstoffmasse und darauf aufgebrachter Leiterplatte; -
10 zeigt einen schematischen Querschnitt durch einen Gehäusedeckel mit aufgebrachter Klebstoffmasse; -
11 zeigt einen schematischen Querschnitt durch einen Teilbereich eines elektronischen Gerätes gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung; -
12 zeigt einen schematischen Querschnitt durch das elektronische Gerät gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung; -
13 zeigt einen schematischen Querschnitt durch ein elektronisches Gerät gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung.
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1 shows a schematic cross section through an electronic device according to a first embodiment of the invention; -
2 to8th show schematic cross-sections through subregions of components for the production of an electronic device according to FIG1 ; -
2 shows a schematic cross section through a partial area of a housing cover of the electronic device according to FIG1 ; -
3rd shows a schematic cross section through a partial area of a housing bottom of the electronic device; -
4th shows a schematic cross section through a portion of an unequipped printed circuit board prior to equipping the same; -
5 shows a schematic cross section through the circuit board according to FIG4th after equipping the same with a discrete component; -
6th shows a schematic cross section through the housing base after application of an adhesive mass in a heat dissipation area; -
7th shows a schematic cross section through the housing base according to FIG6th after applying the assembled circuit board according to5 ; -
8th shows a schematic cross section through the electronic device after the housing cover has been attached; -
9 to12th show schematic cross sections through an electronic device according to a second embodiment of the invention; -
9 shows a schematic cross section through a housing base with applied adhesive and printed circuit board applied thereon; -
10 shows a schematic cross section through a housing cover with applied adhesive mass; -
11 shows a schematic cross section through a portion of an electronic device according to a second embodiment of the invention; -
12th shows a schematic cross section through the electronic device according to the second embodiment of the invention; -
13th shows a schematic cross section through an electronic device according to a third embodiment of the invention.
In dieser Ausführungsform werden in dem elektronischen Gerät eine Spule
Während die Spule
Vor dem Zusammenbau des Gehäuses wird die Vertiefung
Bei diesem Einpassen dringt die Klebstoffmasse
Zum Abschluss wird auf den Flansch
In diesem Bereich
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