EP3655977A1 - Elektrisches bauelement mit lötverbindung - Google Patents

Elektrisches bauelement mit lötverbindung

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EP3655977A1
EP3655977A1 EP18740209.4A EP18740209A EP3655977A1 EP 3655977 A1 EP3655977 A1 EP 3655977A1 EP 18740209 A EP18740209 A EP 18740209A EP 3655977 A1 EP3655977 A1 EP 3655977A1
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EP
European Patent Office
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wire
component
contact surface
kink
region
Prior art date
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Pending
Application number
EP18740209.4A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Gerald Kloiber
Heinz Strallhofer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
TDK Electronics AG
Original Assignee
TDK Electronics AG
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Publication date
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    • H01C—RESISTORS
    • H01C1/00—Details
    • H01C1/14—Terminals or tapping points specially adapted for resistors; Arrangements of terminals or tapping points on resistors
    • H01C1/144—Terminals or tapping points specially adapted for resistors; Arrangements of terminals or tapping points on resistors the terminals or tapping points being welded or soldered
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01C—RESISTORS
    • H01C1/00—Details
    • H01C1/14—Terminals or tapping points specially adapted for resistors; Arrangements of terminals or tapping points on resistors
    • H01C1/1413—Terminals or electrodes formed on resistive elements having negative temperature coefficient
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01C—RESISTORS
    • H01C17/00—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing resistors
    • H01C17/28—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing resistors adapted for applying terminals
    • H01C17/281—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing resistors adapted for applying terminals by thick film techniques
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01R—ELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
    • H01R4/00—Electrically-conductive connections between two or more conductive members in direct contact, i.e. touching one another; Means for effecting or maintaining such contact; Electrically-conductive connections having two or more spaced connecting locations for conductors and using contact members penetrating insulation
    • H01R4/02—Soldered or welded connections
    • H01R4/023—Soldered or welded connections between cables or wires and terminals
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01R—ELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
    • H01R4/00—Electrically-conductive connections between two or more conductive members in direct contact, i.e. touching one another; Means for effecting or maintaining such contact; Electrically-conductive connections having two or more spaced connecting locations for conductors and using contact members penetrating insulation
    • H01R4/58—Electrically-conductive connections between two or more conductive members in direct contact, i.e. touching one another; Means for effecting or maintaining such contact; Electrically-conductive connections having two or more spaced connecting locations for conductors and using contact members penetrating insulation characterised by the form or material of the contacting members
    • H01R4/62—Connections between conductors of different materials; Connections between or with aluminium or steel-core aluminium conductors
    • H01R4/625—Soldered or welded connections

Definitions

  • the present invention is a
  • electrical component comprising a solder joint and a wire attached thereto.
  • an electrical component has at least one contact surface on which a wire is fastened by means of a solder connection.
  • This wire is at known
  • Voids formation has a negative effect on the strength of the solder joint.
  • the object is to find a way to improve the stability of a solder joint between an electrical component and a wire.
  • This wire has at its end a support portion, with he rests on the component, and at the end of
  • Pad section at least one kink.
  • the wire may have at its attached end a flattening which extends through a rectangular to oval
  • Cross section of the wire is distinguished.
  • the flattening is characterized by the fact that the wire, as it progresses from its end, turns into its original, unflattened cross-section.
  • the small amount of solder and the formation of voids at the contact point can be have a negative effect on the stability of the solder joint. This is compensated with the kink after the contact surface again.
  • the flattened end of the wire can be on all corners and edges, both horizontal and vertical
  • Section view should be rounded to a uniform
  • second kink or other kinks may have a rounded shape and not be sharply angled. Due to the rounding the solder flows around the entire contact better than if the flattening of the wire would have sharp corners. For better contacting, a contact surface of the electrical component on which a solder joint
  • Such a coating can be applied to the device by screen printing
  • the flattening of the wire is generally of any length and may extend from the fixed end of the wire or from the support surface to beyond the kink described above.
  • the kink can be arranged at the end of the flattening.
  • the wire can be seen from the soldered end after the first another kink. It can be left open whether the further kink still in the area of the flattening or at the border. This further bend leads to a change in the angle between the
  • the new angle is in a range of 0 ° to 80 °.
  • the angle range may also extend from 0 ° to 45 °, or in the preferred case from 0 ° to 20 °.
  • Contact surface extends may arise an increased accumulation of solder.
  • the resulting higher amount of solder can have a positive effect on the stability of the solder joint.
  • the wire may be provided in its course away from the solder joint with an insulation.
  • the wire can be insulated from a polymer
  • Plastic material that can extend over the remaining length of wire. The insulation of the wire prevents unwanted electrical contacts to others
  • the component may have a NTC ceramic as the main body in a specific example. This may be in the form of a cut chip or a pressed disc based on spinel or perovskite ceramics. On a contact surface of this body of the wire is soldered.
  • another wire can be soldered to the device.
  • This additional wire can have the same characteristics as the previously described wire
  • the device comprising all existing solder joints and parts of the wires may be provided with a polymeric cladding, e.g. from an epoxy.
  • a polymeric cladding e.g. from an epoxy.
  • FIG. 1 shows an NTC ceramic with two wires
  • FIG. 2 shows a component together with a wire in one
  • FIG. 1 shows an electrical component B of a preferred embodiment in a perspective view.
  • Two opposing contact surfaces E on a base made of an NTC ceramic C are coated with silver. At these contact surfaces E is ever a wire with its flattening F or with its flattened
  • a first kink Kl is present in the wires.
  • the length of the flattened wire sections resting on the contact surfaces which constitute the support surface i. the length from the respective wire end D to the first kink, is chosen smaller than the contact surface of the device.
  • the wire end D is located near an edge of the contact surface E, so that the wire still has a section M to 0, which extends over the contact surface E.
  • the wires which are still flattened in this section run away from the ceramic body C at an angle of approximately 60 ° to the contact surface E.
  • the wires pass into an area R of round cross-sectional shape.
  • the wires have a second kink K2.
  • Angle of the second bend is opposite to the first, so that the wires in the further course of a smaller
  • the wires are provided with an insulation J made of a polymeric material.
  • FIG. 2 shows an electrical component B with a wire in a schematic section
  • the illustrated contact surface E an NTC ceramic C is coated with silver.
  • a wire with its flattening F on is a wire with its flattening F on.
  • the wire has a rounded end E on the flattened side.
  • Section M has removed from the ceramic, it has another K2 kink.
  • the wire runs at an angle ⁇ to the contact surface E, where ⁇ ⁇ .
  • the wire passes into the area O of round cross-sectional shape R. The volume in the region of the distance A between the sections N and O and the
  • Contact surface E can fill with solder during the soldering process and leads to an increased stability of the solder joint.
  • the wire is provided with a polymeric insulation J.

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  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Connections Effected By Soldering, Adhesion, Or Permanent Deformation (AREA)
  • Structures For Mounting Electric Components On Printed Circuit Boards (AREA)
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Abstract

Es wird ein elektrisches Bauelement mit einer stabileren Kontaktierung angegeben. Das Bauelement hat eine Lötverbindung zu einem Draht mit Knick.

Description

Beschreibung
Elektrisches Bauelement mit Lötverbindung Bei der vorliegenden Erfindung handelt es sich um ein
elektrisches Bauelement, welches eine Lötverbindung und einen daran befestigten Draht umfasst.
Ein elektrisches Bauelement weist im speziellen mindestens eine Kontaktfläche auf, an der mittels Lötverbindung ein Draht befestigt ist. Dieser Draht ist bei bekannten
Bauelementen am zu verlötenden Ende abgeflacht, um das
Bauelement während des Tauchlötens besser halten zu können. Durch diese Abflachung kommt es jedoch zur verminderten
Lotansammlung an der Kontaktstelle zwischen Bauelement und Draht. Eine gehäufte Ausbildung von Lunkern beziehungsweise Hohlräumen ist die Folge. Die geringe Lotmenge und die
Lunkerbildung wirken sich negativ auf die Festigkeit der Lötverbindung aus .
Folglich ist die gestellte Aufgabe eine Möglichkeit zu finden, mit der die Stabilität einer Lötverbindung zwischen einem elektrischen Bauelement und einem Draht verbessert wird .
Die Aufgabe wird durch ein elektrisches Bauelement gemäß dem vorliegenden Anspruch 1 gelöst. Abhängige Ansprüche geben vorteilhafte Ausführungen an. Es wird ein elektrisches Bauelement vorgeschlagen, das mindestens eine Kontaktfläche und eine darauf befindliche Lötverbindung umfasst, mit der ein Draht befestigt ist.
Dieser Draht weist an seinem Ende einen Auflageabschnitt, mit dem er auf dem Bauelement aufliegt, und am Ende des
Auflageabschnitts mindestens einen Knick auf.
Dieser Auflageabschnitt ist kürzer gewählt als die
Kontaktfläche des elektrischen Bauelements. Nach dem Knick und damit nach dem Auflageabschnitt folgt ein Abschnitt, in dem der Draht zur Kontaktfläche einen Winkel von 10° bis 90° ausbildet. Vorzugsweise wird ein Winkelbereich von 45° bis 90° oder ein eingeschränkter Winkelbereich von 60° bis 90° gewählt. Durch den beabsichtigt kürzeren Auflageabschnitt und den Knick wird beim Anlöten des Drahtes eine verbesserte Lotbenetzung des Drahtes in einem Drahtabschnitt mit Abstand zur Kontaktfläche bewirkt. Das führt zu einer höheren Menge von Lot und so auch zur verbesserten Stabilität der
Lötverbindung.
Der Draht kann an seinem befestigten Ende eine Abflachung aufweisen, die sich durch einen rechteckigen bis ovalen
Querschnitt des Drahtes auszeichnet. Die Abflachung zeichnet sich dadurch aus, dass der Draht im weiteren Verlauf von seinem Ende weg gesehen in seinen ursprünglichen nicht abgeflachten Querschnitt übergeht. Durch eine solche
Abflachung des Drahtes entsteht eine größere Auflagefläche des Drahtes auf dem Bauelement, was im Vergleich zu einer runden Querschnittsform einen verbesserten Halt des
Bauelements während des Lötvorgangs ermöglicht. Der Nachteil einer solchen Abflachung besteht jedoch in der geringeren Lotmenge, die sich beim Verlöten zwischen der Kontaktstelle und dem abgeflachten Draht ansammeln kann. Häufig ist in diesen Bereichen auch die Ausbildung von Hohlräumen oder
Lunkern im Lot zu beobachten. Die geringe Menge von Lot und die Bildung von Lunkern an der Kontaktstelle können sich negativ auf die Stabilität der Lötverbindung aus wirken. Dies wird mit dem Knick nach der Auflagefläche wieder kompensiert.
Das abgeflachte Ende des Drahtes kann an allen Ecken und Kanten, sowohl in horizontaler als auch in vertikaler
Schnittansicht abgerundet sein um eine gleichmäßige
Verteilung des Lots zu gewährleisten. Auch der eine Knick und gegebenenfalls ein im weiteren Verlauf des Drahts
angeordneter zweiter Knick oder auch weitere Knicke können eine abgerundete Form aufweisen und nicht scharf abgewinkelt sein. Durch die Abrundungen umfließt das Lot die gesamte Kontaktstelle besser als wenn die Abflachung des Drahtes scharfe Ecken aufweisen würde. Zur besseren Kontaktierung kann eine Kontaktfläche des elektrischen Bauelements, auf der eine Lötverbindung
hergestellt wird, mit Silber oder einem anderem elektrisch leitfähigen Metall beschichtet sein. Solch eine Beschichtung kann mittels Siebdruckverfahren auf das Bauelement
aufgebracht werden. Eine Beschichtung einer Kontaktfläche mit einem elektrisch leitfähigen Metall ermöglicht eine bessere elektrische Verbindung zu einem aufgelöteten Element wie insbesondere dem genannten Draht. Die Abflachung des Drahtes ist im Allgemeinen von beliebiger Länge und kann sich vom befestigten Ende des Drahtes bzw. von der Auflagefläche bis über den oben beschriebenen Knick hinaus erstrecken. Der Knick kann am Ende der Abflachung angeordnet sein.
Der Draht kann vom verlöteten Ende aus gesehen nach dem ersten einen weiteren Knick aufweisen. Dabei kann offen bleiben, ob der weitere Knick noch im Bereich der Abflachung oder an dessen Grenze liegt. Durch diesen weiteren Knick kommt es zu einer Änderung des Winkels zwischen der
Kontaktfläche und dem Draht in seinem weiteren Verlauf, wenn von einem ansonsten weitgehend geraden Verlauf des Drahtes ausgegangen wird. Der neue Winkel liegt in einem Bereich von 0° bis 80°. Der Winkelbereich kann sich auch von 0° bis 45° erstrecken oder im bevorzugten Fall von 0° bis 20°. Durch einen weiteren Knick im Draht kann zwischen der Kontaktfläche des elektrischen Bauelements und des verlöteten Drahtes ein Bereich entstehen, in dem der Draht sich in einem variablen Abstand über der Kontaktfläche befindet.
Das Vorhandensein eines solchen Abstandes kann sich als Vorteil für die Stabilität einer Lötverbindung erweisen, wenn es dort zur Benetzung mit Lot kommt. In dem Bereich des Drahtes wo er mit einem variablen Abstand über der
Kontaktfläche verläuft kann eine erhöhte Ansammlung von Lot entstehen. Die so resultierend höhere Menge von Lot kann sich positiv auf die Stabilität der Lötverbindung auswirken.
Nach dem weiteren Knick kann der Draht in seinem Verlauf weg von der Lötstelle mit einer Isolierung versehen sein.
Beginnend ab einem variablen Abstand nach dem weiteren Knick kann der Draht eine Isolierung aus einem Polymeren
Kunststoffmaterial aufweisen, die sich über die restliche Drahtlänge erstrecken kann. Die Isolierung des Drahtes verhindert ungewollte elektrische Kontakte zu weiteren
Kontaktpunkten am Bauelement oder zu anderen elektrisch leitfähigen Elementen und verhindert so auch einen
Kurzschluss zwischen zwei Drähten. So wird die Funktionalität des Bauelements nicht gestört. Das Bauelement kann in einem speziellen Beispiel eine NTC Keramik als Grundkörper aufweisen. Dieser kann in der Form eines geschnittenen Chips oder einer gepressten Scheibe ausgeführt sein, welche auf Spinell- oder Perowskit-Keramik basiert. Auf eine Kontaktfläche dieses Grundkörpers ist der Draht aufgelötet.
Neben dem beschriebenen Draht kann ein weiterer Draht auf das Bauelement aufgelötet sein. Dieser weitere Draht kann die gleichen Merkmale wie der bereits beschriebene Draht
aufweisen. Möglich ist es aber auch, dass sich jede zuvor erläuterte Eigenschaft oder Beschaffenheit von Draht
beziehungsweise Kontaktstelle von der vorherigen Ausführung unterscheiden .
Das Bauelement, umfassend alle vorhandenen Lötstellen und Teile der Drähte, kann mit einer polymeren Umhüllung versehen sein, z.B. aus einem Epoxid. Dabei kann die Form der
Umhüllung einem Tropfen gleichen, der den oder die Drähte bis zu einer bestimmten Länge mit einschließt. Durch solch eine Umhüllung können das Bauelement und die Lötstelle oder
Lötstellen vor mechanischer Belastung und/oder vor
Umwelteinflüssen wie Feuchtigkeit geschützt werden. Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung anhand der Figuren beschrieben.
Figur 1 zeigt eine NTC Keramik mit zwei Drähten an
gegenüberliegenden Kontaktstellen in der Perspektiven
Ansicht.
Figur 2 zeigt ein Bauelement samt Draht in einer
Schnittansicht und einer Draufsicht. In der Figur 1 ist ein elektrisches Bauelement B einer bevorzugten Ausführungsform in perspektiver Darstellung zu sehen. Zwei einander gegenüberliegende Kontaktflächen E auf einem Grundkörper aus einer NTC Keramik C sind mit Silber beschichtet. An diesen Kontaktflächen E liegt je ein Draht mit seiner Abflachung F bzw. mit seiner abgeflachten
Auflagefläche an. Im Bereich der Abflachung F ist ein erster Knick Kl in den Drähten vorhanden. Die Länge der auf den Kontaktflächen aufliegenden abgeflachten Drahtabschnitte, die die Auflagefläche darstellen, d.h. die Länge vom jeweiligen Drahtende D bis zum ersten Knick, ist kleiner gewählt als die Kontaktfläche des Bauelements. Dabei liegt das Drahtende D nahe einer Kante der Kontaktfläche E, so dass der Draht noch einen Abschnitt M bis 0 aufweist, der über der Kontaktfläche E verläuft. Nach diesem ersten Knick Kl verlaufen die in diesem Abschnitt noch abgeflachten Drähte in einem Winkel von etwa 60° zur Kontaktfläche E von dem Keramik Körper C weg. Am Ende der Abflachung F gehen die Drähte in einen Bereich R mit runder Querschnittsform über. Zusätzlich weisen die Drähte am Ende ihrer Abflachung F einen zweiten Knick K2 auf. Der
Winkel des zweiten Knicks ist dem ersten entgegengesetzt, so dass die Drähte im weiteren Verlauf einen kleineren,
spitzeren Winkel von etwa 10° zur Kontaktfläche haben. Der Abstand A zwischen diesem Bereich runden Querschnitts R und der Kontaktfläche E kann sich beim Lötvorgang mit Lot füllen und führt zu einer erhöhten Stabilität der Lötverbindung. Im weiteren Verlauf sind die Drähte mit einer Isolierung J aus einem polymeren Material versehen.
In der Figur 2 ist ein elektrisches Bauelement B mit einem Draht im schematischen Schnitt zu sehen, sowie eine
Draufsicht auf den Draht. Die dargestellte Kontaktfläche E einer NTC Keramik C ist mit Silber beschichtet. An dieser Kontaktfläche E liegt ein Draht mit seiner Abflachung F an. Der Draht hat an der abgeflachten Seite ein abgerundetes Ende E. Im Bereich der Abflachung F ist ein erster Knick Kl mit dem Winkel im Draht vorhanden. Die Länge der auf den
Kontaktflächen aufliegenden abgeflachten Drahtabschnitte L, d.h. vom Drahtende bis zu ihrem ersten Knick Kl, ist kleiner gewählt als die Kontaktfläche E des Bauelements. Nach diesem ersten Knick Kl verläuft der abgeflachte Draht in einem
Winkel von etwa 60° zur Kontaktfläche E von dem Keramik Körper C weg. Nachdem sich der Draht im Verlauf des
Abschnitts M von der Keramik entfernt hat, weist er einen weiteren Knick K2 auf. In folgenden Abschnitten N-P verläuft der Draht im Winkel ß zur Kontaktfläche E, wobei ß < . Am Ende des Abschnitts N geht der Draht in den Bereich O mit runder Querschnittsform R über. Das Volumen im Bereich des Abstands A zwischen den Abschnitten N und O und der
Kontaktfläche E kann sich beim Lötvorgang mit Lot füllen und führt zu einer erhöhten Stabilität der Lötverbindung. Im Verlauf des Abschnitts P ist der Draht mit einer polymeren Isolierung J versehen.
Die Erfindung des elektrischen Bauelements mit Lötverbindung ist nicht auf die erläuterten Ausführungsbeispiele oder die dargestellten Figuren beschränkt. Abweichungen davon sind möglich und liegen im Rahmen des Anspruchs 1. Bezugs zeichenliste
A Abstand zur Aufnahme von Lot
B Bauelement
C NTC Keramik
D verlötetes Drahtende
E Kontaktfläche des Bauelements
F Auflägefläche
Kl Erster Knick mit erstem Winkel
K2 Zweiter Knick mit zweitem Winkel
J Polymere Isolierung
R Bereich runden Querschnitts
L Abschnitt des Auflagebereichs
M abgeflachter Abschnitt nach erstem Knick
N abgeflachter Abschnitt nach weiterem Knick
0 Abschnitt mit rundem Querschnitt
P Abschnitt mit rundem Querschnitt und mit Isolierung

Claims

Patentansprüche
Elektrisches Bauelement (B) mit mindestens einer
Lötverbindung, umfassend
- einen Draht, der mit einem Ende auf dem Bauelement aufgelötet ist,
wobei der Draht mit einer Auflagefläche (F) auf dem
Bauelement aufliegt und
wobei der Draht mindestens einen Knick (Kl) im Bereich der Auflagefläche (F) des Drahtes auf dem Bauelement aufweist.
Bauelement (B) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Draht einen weiteren Knick (K2) im Bereich der
Abflachung (F) aufweist, welcher zur Kontaktfläche (E) hin gerichtet ist.
. Bauelement (B) gemäß dem vorherigen Anspruch, wobei de
Draht im Bereich der Auflagefläche (F) eine Abflachung aufweist .
Bauelement (B) gemäß dem vorherigen Anspruch, bei der die Auflagefläche (F) des Drahtes in der Draufsicht ein abgerundetes Ende (D) aufweist.
Bauelement (B) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, das für die Lötverbindung mindestens eine Kontaktfläche (E) aufweist, die mit einem elektrisch leitfähigen Metall beschichtet ist.
Bauelement (B) gemäß dem vorherigen Anspruch, bei dem die Auflagefläche (F) des Drahtes kürzer ist als die
Kontaktfläche (E) ist.
7. Bauelement (B) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, bei dem der Draht von der Auflagefläche (F) aus gesehen nach dem Knick (K2) mit einem Abstand (A) zur Kontaktfläche (E) verläuft.
8. Bauelement (B) gemäß dem vorherigen Anspruch, bei dem die Lotverbindung ein Lot umfasst, von dem der größere Teil in dem Bereich angeordnet ist, in dem der Draht im Abstand (A) zur Kontaktfläche (E) verläuft.
9. Bauelement (B) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Knick (Kl) im Draht am Ende der Abflachung (F)
angeordnet ist und der Draht dort in einen Bereich (R) mit runder Querschnittsform übergeht.
10. Bauelement (B) gemäß dem vorherigen Anspruch, aufweisend eine Drahtisolierung (J) aus einem polymeren
Kunststoffmaterial , welche erst im Bereich (R) mit runder Querschnittsform beginnt.
11. Bauelement (B) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Bauelement eine NTC Keramik umfasst.
12. Bauelement (B) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, mit einer polymeren Umhüllung, die das Bauelement, die
Lötstelle sowie den Draht bis hinter den letzten Knick umhüllt .
Bauelement (B) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, mit einer zweiten Kontaktfläche, auf der ein zum ersten Draht formgleicher zweiter Draht aufgelötet ist.
EP18740209.4A 2017-07-20 2018-07-12 Elektrisches bauelement mit lötverbindung Pending EP3655977A1 (de)

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