KR20230145426A - 전기 연결 장치 - Google Patents

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KR20230145426A
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지반 카포르
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로베르트 보쉬 게엠베하
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Abstract

본 발명은 전기 전도성 접촉 요소(10) 및 전기 도체(20)를 포함하는, 특히 전기 및/또는 전자 부품(2)을 도체 기판(3)과 연결하기 위한 전기 연결 장치(1)에 관한 것으로, 전기 도체(20)의 일 단부(21)는 접촉 요소(10)와 전기 전도성으로 연결되며, 본 발명은 접촉 요소(10)가 하나 이상의 제1 갈래부(11) 및 하나 이상의 제2 갈래부(12)를 갖는 포크 형태로 형성되는 점을 제안하며, 제1 갈래부(11)는 중간 공간(13)에 의해 제2 갈래부(12)로부터 이격되고, 전기 도체(20)의 단부(21)는 제1 갈래부(11)와 제2 갈래부(12) 사이의 중간 공간(13)에 배치되어 제1 갈래부(11) 및/또는 제2 갈래부(12)와 전기 전도성으로 연결된다.

Description

전기 연결 장치
본 발명은 특히 전기 및/또는 전자 부품을 도체 기판과 연결하기 위한 전기 연결 장치 및 그러한 연결 장치를 포함하는 어셈블리에 관한 것이다.
전기 및/또는 전자 부품은 종종 고주파 리츠선(litz wire)으로서 형성된 도체를 포함한다. 리츠선으로서 형성된 이러한 도체는 번들로 결합된 복수의 절연된 개별 도체를 포함한다. 고주파 리츠선에 의해, 스킨 및 근접 효과(skin and proximity effect)에 의한 가열로 인한 손실이 감소한다. 일반적으로 리츠선으로서 형성된 도체는 전기 및/또는 전자 부품을 도체 기판, 예를 들어 인쇄 회로 기판에 연결할 수 있도록 THT 핀 또는 SMD 핀과 전기적으로 접촉된다. 리츠선을 구성하는 개별 도체의 수가 매우 많고 이들이 작은 직경을 갖는 경우, 리츠선을 THT 핀 또는 SMD 핀에 연결하기가 어려워진다. 다량의 개별 도체는 땜납의 취급 및 연결 지점으로의 땜납의 적용 또는 리츠선 다발의 관통 및 땜납과의 접촉을 어렵게 만든다. 또한, 예를 들어 구리로 형성된, 작은 직경을 가진 개별 도체는, 원하는 접촉을 위해 긴 납땜 시간이 필요하거나 이를 목표로 하는 경우, 땜납 내에서 또는 납땜 조(solder bath)의 땜납 내에서 용해될 수 있다.
본 발명에 따라 특히 전기 및/또는 전자 부품을 도체 기판과 연결하기 위한 전기 연결 장치가 제안된다. 연결 장치는 전기 전도성 접촉 요소 및 전기 도체를 포함하고, 전기 도체의 일 단부는 접촉 요소와 전기 전도성으로 연결된다. 본 발명에 따라, 접촉 요소는 하나 이상의 제1 갈래부 및 하나 이상의 제2 갈래부를 갖는 포크 형태로 형성되며, 제1 갈래부는 중간 공간에 의해 제2 갈래부로부터 이격되고, 전기 도체의 단부는 제1 갈래부와 제2 갈래부 사이의 중간 공간에 배치되어 제1 갈래부 및/또는 제2 갈래부와 전기 전도성으로 연결된다.
종래 기술에 비해 독립항의 특징을 갖는 연결 장치는, 도체와 접촉 요소 사이에 생산 기술적으로 용이하게 형성되는 동시에 안정적이고 양호한 전기적 연결이 구현될 수 있다는 장점이 있다. 즉, 전기 및/또는 전자 부품의 도체는 바람직하게 접촉 요소와 양호하고 용이하게 접촉될 수 있다. 그런 다음 접촉 요소는 예를 들어, 접촉 요소상에 형성된 기저부에 의해 도체 기판, 예를 들어 인쇄 회로 기판에 납땜될 수 있다. 포크형 접촉 요소의 갈래부들 사이의 공간은 도체의 단부를 위한 바람직하게 양호한 수용부를 형성하며, 이 수용부 내에는 도체의 단부가 보유되고, 바람직하게 접촉 요소와 양호하고 용이하게 납땜될 수 있거나 용접될 수 있다. 접촉 요소와의 접촉을 위해 도체의 단부를 예를 들어 접촉 요소 주위에 감싸는 대신, 접촉 요소의 갈래부들 사이의 중간 공간에 간단히 수용할 수 있다.
본 발명의 또 다른 바람직한 구성 및 개선은 종속 청구항들에 명시된 특징에 의해 가능해진다.
한 바람직한 실시예에 따라, 전기 도체가 복수의 개별 도체, 특히 개별 와이어를 포함하는 리츠선으로서 형성되는 구성이 제공된다. 이러한 방식으로 구성된 도체는 바람직하게 연성이고, 바람직하게 포크형 접촉 요소의 갈래부들 사이의 중간 공간 내에 잘 압입될 수 있다. 리츠선으로서 형성된 도체의 단부는 바람직하게 잘 변형될 수 있으며, 특히 납작하게 압착(flattening)될 수 있다. 이는 바람직하게 예를 들어 세장형으로 형성된 갈래부들 사이의 중간 공간 내에 간단히 삽입될 수 있고, 그 내에서 예를 들어 납땜 또는 용접에 의해 접촉 요소와 연결될 수 있다. 이 경우, 납땜 공정 또는 용접 공정 중에 도체의 단부가 접촉 요소의 갈래부들 사이에 바람직하게 잘 보유될 수 있다.
한 바람직한 실시예에 따라, 리츠선으로서 형성된 전기 도체가 상기 단부에서 산개(fanning out)됨으로써 개별 도체가 갈래부들 사이의 중간 공간 내에 적어도 부분적으로 중첩되어 배열되는 구성이 제공된다. 따라서 전기 도체는 단부가 평평하다. 개별 도체는 도체의 단부에서 예를 들어 도체의 다른 영역에서처럼 실질적으로 원형 단면을 갖는 번들로서 배열되지 않고 산개된다. 그럼으로써 개별 도체가 중간 공간 내에 적어도 부분적으로 중첩되어 배열된다. 도체는 단부에 다른 원형 단면에 비해 납작하게 압착된 단면을 갖는다. 따라서, 도체의 단부에 바람직하게 다수의 개별 도체가 접촉 요소의 갈래부에 인접할 수 있고 이들 갈래부와 전기 전도성으로 연결될 수 있으며, 특히 납땜되거나 용접될 수 있다. 도체의 단부와 접촉 요소 사이의 접촉면이 이러한 방식으로 바람직하게 확대되어 도체와 접촉 요소 사이에 바람직하게 양호한 전기 접촉이 형성된다. 산개된 단부 및 연결될 접촉 요소에 직접 놓인 개방된 관통 리츠선 단면에 의해 개별 도체가 도체를 접촉 요소에 연결하기 위한 땜납에 더 용이하게 접근할 수 있으며, 그에 따라 접촉 요소에 대한 도체의 더 나은 연결이 달성될 수 있다.
한 바람직한 실시예에 따라, 제2 갈래부와 마주하는 제1 갈래부의 측면 및/또는 제1 갈래부와 마주하는 제2 갈래부의 측면에 임의의 구조물이 형성되는 구성이 제공된다. 이 구조물은 전기 도체의 단부와 전기적으로 접촉한다. 이 구조물에 의해 도체와 접촉 요소 사이의 접촉이 바람직하게 개선된다. 이 구조물은 도체의 단부를 바람직하게 갈래부들 사이의 중간 공간 내에 보유하고 도체의 단부와 접촉 요소와 예를 들어 땜납 사이의 접촉 면적을 바람직하게 증가시킬 수 있으며, 그에 따라 도체와 접촉 요소 사이의 특히 양호하고 안정적인 전기적 연결이 형성된다.
한 바람직한 실시예에 따라, 상기 구조물은 톱니들을 갖는 미늘(barb) 형태로 형성되며, 상기 톱니들은 각각의 갈래부로부터 이들 갈래부 사이의 중간 공간을 향해 돌출하고, 중간 공간 내에 배치된 도체의 단부와 전기 접촉 상태에 있다. 따라서 도체의 단부는 접촉 요소의 제1 갈래부 및/또는 제2 갈래부의 톱니들에 의해 중간 공간 내에 보유된다. 특히, 개별 도체 또는 개별 도체 번들도 도체의 단부에서 톱니들 사이에, 특히 일 갈래부의 연속 톱니들 사이에도 보유될 수 있다.
한 바람직한 실시예에 따라, 갈래부들은 서로 소정의 간격으로 이격되며, 상기 간격은 전기 도체의 단부 전방 영역에서의 전기 도체의 직경보다 더 작다. 즉, 도체의 단부도 납작하게 압착되고, 도체는 단부에 더 이상 원형 단면을 갖지 않는다. 도체의 단부는 완전히 포크형 접촉 요소의 갈래부들 사이의 중간 공간 내에 배치된다. 도체의 다른 원형 단면에 비해 좁은, 갈래부들 사이의 중간 공간 내에 도체를 삽입할 때 도체의 단부가 납작하게 압착될 수 있음으로써, 개별 도체들은 중간 공간 내에서 서로 겹치게 배치되고 도체의 단부는 도체의 나머지 부분에 비해 납작하게 압착된 단면을 취한다. 따라서 예를 들어 납땜 공정 또는 용접 공정에서 개별 도체에 더 넓은 영역에 걸쳐 접근할 수 있고, 접촉 요소와 도체 사이에 바람직하게 양호한 연결이 형성될 수 있다.
한 바람직한 실시예에 따라, 전기 전도성 접촉 요소상에 이 전기 전도성 접촉 요소를 도체 기판에 고정하기 위한 기저부가 형성되는 구성이 제공된다. 기저부는 예를 들어 SMD 공정에서 예를 들어 도체 기판에 납땜될 수 있다. 따라서 연결 장치는, 접촉 요소와 연결된 도체를 갖는 전기 및/또는 전자 부품을 SMD 공정을 이용하여 도체 기판과 연결하는 데 사용될 수 있다. 따라서 접촉 요소는 예를 들어, 핀의 일측 단부에 포크 형태로 2개의 갈래부를 갖고 타측 단부에 기저부를 갖는 SMD 핀으로서 형성된다.
한 바람직한 실시예에 따라, 전기 도체의 단부가 전기 전도성 접촉 요소와 납땜되거나 용접되는 구성, 특히 전기 전도성 연결 요소의 갈래부들 중 적어도 하나와 납땜되거나 용접되는 구성이 제공된다. 이로써 도체와 접촉 요소 사이에 특히 양호하고 안정적인 연결이 형성된다. 연결을 위해 예를 들어 레이저 용접 또는 레이저 납땜이 사용될 수 있다. 납땜 또는 용접 시, 리츠선의 산개에 의해 바람직하게, 개별 도체 주변에서 예를 들어 래커로 된 절연층을 제거하는 데에도 도움이 될 수 있다.
한 바람직한 실시예에 따라, 전기 전도성 연결 요소의 갈래부들이 서로 압착되어 전기 도체의 단부가 상기 갈래부들 사이에 클램핑되는 구성이 제공된다. 따라서 전기 전도성 연결 요소의 갈래부들은 연결 장치의 제조 시 서로에 대해 압착되고, 이때 도체의 단부가 추가로 고정된다. 또한, 갈래부들이 서로에 대해 압착될 때 도체의 단부가 바람직하게 함께 압착될 수 있음으로써, 도체의 개별 도체들이 중간 공간 내에서 갈래부의 길이 연장부를 따라 더 산개되어 갈래부와 도체 사이에 바람직하게 큰 접촉면이 생성되고 땜납 침투가 지원된다.
또한, 본 발명에 따라 전술한 청구항 중 어느 한 항에 따른 전기 연결 장치를 포함하는 어셈블리가 제공되며, 이 어셈블리는 또한 적어도 하나의 전기 및/또는 전자 부품 및 적어도 하나의 도체 기판을 포함하고, 상기 도체는 전기 및/또는 전자 부품의 전기 접촉을 위해 형성되며, 상기 접촉 요소는 도체 기판과 전기 전도성으로 연결되고, 특히 납땜된다.
본 발명의 실시예가 도면에 도시되어 있으며, 하기의 설명부에서 더 상세히 설명될 것이다.
도 1은 전기 연결 장치에 의해 연결된 전기 및/또는 전자 부품과 도체 기판을 갖는 어셈블리의 제1 실시예의 개략도이다.
도 1에는 전기 및/또는 전자 부품(2) 및 도체 기판(3)을 포함하는 어셈블리(100)가 도시되어 있다. 전기 및/또는 전자 부품(2)은 연결 장치(1)에 의해 도체 기판(3)과 전기 전도성으로 연결된다. 도체 기판(3)은 예를 들어 인쇄 회로 기판 또는 전력 기판(power substrate), 예를 들어 DBC 기판일 수 있다. 전기 및/또는 전자 부품(2)은 예를 들어 유도성 부품, 예를 들어 초크 또는 변압기일 수 있다. 전기 및/또는 전자 부품(2)은 예를 들어 플라스틱으로 된 하우징(30) 내에 배치될 수 있다.
전기 및/또는 전자 부품(2)의 연결을 위해 전기 도체(20)가 제공된다. 전기 도체(20)를 통해 전기 및/또는 전자 부품(2)이 전기 접촉될 수 있다. 따라서, 전기 및/또는 전자 부품(2)은 또 다른 도체, 예를 들어 도체 기판(3)의 도체 트랙과 또는 또 다른 전기 및/또는 전자 부품과 전기적으로 연결될 수 있다. 전기 및/또는 전자 부품(2)이 예를 들어 유도성 부품으로서 구성되면, 도체(20)는 예를 들어 도시되지 않은 자기 활성 코어 주위에 감길 수 있고. 이러한 방식으로 예를 들어 초크 또는 변압기를 형성할 수 있다. 도시된 도체(20) 외에, 전기 및/또는 전자 부품(2)이 전기적으로 접촉될 수 있는 또 다른 도체도 제공될 수 있다. 도시된 실시예에서, 도체(20)는 리츠선(22)으로서, 특히 고주파 리츠선으로서 구성된다. 리츠선(22)은 복수의 개별 도체(23)를 포함한다. 개별 도체(23)는 리츠선(22) 내에서 번들로서 결합된다. 리츠선(22)은 예를 들어 100개 이상의 개별 도체(23)를 포함할 수 있다. 이 경우, 각각의 개별 도체(23)는 절연층에 의해 다른 개별 도체(23)와 전기적으로 절연된다. 개별 도체(23)는 예를 들어 개별 와이어로서 형성될 수 있다. 개별 도체(23)는 예를 들어 각각 500마이크로미터 미만, 특히 200마이크로미터 미만, 바람직하게는 특히 50마이크로미터의 직경을 가질 수 있다. 리츠선(22)의 개별 도체(23)는 예를 들어 모두 동일하게 형성된다. 개별 도체(23)는 이를 다른 개별 도체(23)와 전기적으로 분리하는, 예를 들어 래커로 제조된 각각 하나의 절연체를 가질 수 있다. 또한, 리츠선(22)은 개별 도체(23)의 다발을 둘러싸고 통합하는 하나 이상의 외부 피복을 포함할 수 있다. 개별 도체(23)의 번들 내에 개별 도체(23)가 서로 엮여 있을 수 있다.
도면에 도시된 바와 같이, 도체(20)는 주로 도체(20)의 개별 도체(23)가 번들링되어 있는 영역(24)으로 형성된다. 이 영역(24)에서 도체(20)는 예를 들어 실질적으로 원형인 단면을 갖는다. 영역(24)에 전기 도체(20)의 단부(21)가 연결된다. 도체(20)의 단부(21)에서는 도체(20)가 원형 단면을 갖지 않고, 실질적으로 원형인 단면을 갖는 영역(24)에 비해 납작하게 압착된 단면을 갖는다. 리츠선(22)으로서 형성된 도체(20)의 단부(21)에서는 개별 도체(23)의 다발이 납작하게 압착된다. 개별 도체(23)는 도체(20)의 단부(21)에서 산개된다. 이를 위해, 도체(20)의 단부(21)에서 모든 개별 도체(23) 주위에 공통 피복을 형성하는 리츠선(22)의 외부 피복이 제거된다.
도면에 도시된 바와 같이, 연결 장치(1)는 또한 접촉 요소(10)를 포함한다. 접촉 요소(10)는 핀으로서, 예를 들어 SMD 핀 또는 THT 핀으로서 형성될 수 있고, 도체 기판(3), 특히 인쇄 회로 기판으로의 연결을 위해 제공될 수 있다. 도면에 도시된 실시예에서, 접촉 요소(10)는 SMD 핀으로서 형성된다. 접촉 요소(10)상에는 접촉 요소(10)를 도체 기판(3)에 연결하는 데 사용되는 기저부(16)가 형성된다. 도면에 도시된 바와 같이, 접촉 요소(10)는 도체 기판(3)으로부터 먼 쪽을 향하는 측이 포크 형상으로 형성된다. 이를 위해 접촉 요소(10)상에 2개의 갈래부(11, 12), 즉, 제1 갈래부(11) 및 제2 갈래부(12)가 형성된다. 제1 갈래부(11)와 제2 갈래부(12)는 서로 평행하게 배열되거나, 서로 약간의 개방각을 형성하여 (리츠선 삽입 시 깔때기 작용을 하도록) 배열된다. 제1 갈래부(11)와 제2 갈래부(12)는 동일하거나 유사한 길이를 갖는다. 제1 갈래부(11) 및 제2 갈래부(12)는 접촉 요소(10)의 베이스 영역(17)에 연결된다. 접촉 요소(10)의 베이스 영역(17)은 세장형으로, 예를 들어 도체 기판(3)에 대해 수직으로 도체 기판(3)으로부터 멀어지는 방향으로 연장된다. 본 실시예에서 도체 기판(3) 쪽을 향하는, 접촉 요소(10)의 베이스 영역(17)의 단부에는 접촉 요소(10)의 기저부(16)가 형성된다. 도체 기판(3)으로부터 먼 쪽을 향하는, 접촉 요소(10)의 베이스 영역(17)의 단부에는 접촉 요소(10)의 갈래부(11, 12)가 형성된다. 갈래부(11, 12)에는 각각 톱니(15) 형태의 구조물이 형성된다. 톱니(15)는 갈래부(11, 12)의 서로 대향하는 내부면으로부터 돌출된다. 톱니(15)는 도체(20)의 단부(21)에서 개별 도체(23)의 번들을 고정하는 역할을 한다.
접촉 요소(10)는 전기 및/또는 전자 부품(2)에 고정된다. 이를 위해 전기 및/또는 전자 부품(2)의 하우징(40)에 홀더부(31)가 형성된다. 접촉 요소(10)를 위한 홀더부(31)에는 예를 들어 리세스(32)가 형성될 수 있으며, 이 리세스를 통해 접촉 요소(10)가 관통하고, 접촉 요소(10)가 홀더부(31)에 그리고 이로써 전기 및/또는 전자 부품(2)의 하우징(30)에 고정된다.
도체(20)의 단부(21)는 제1 갈래부(11)와 제2 갈래부(12) 사이의 중간 공간(13) 내에 배치된다. 중간 공간(13)이 좁게 형성됨에 따라, 도체(20)의 단부(21)는 압축되어 납작해진다. 제1 갈래부(11)는 제2 갈래부(12)로부터 간격(a)만큼 이격된다. 간격(a)은 갈래부(11, 12)에 대해 수직으로 측정된다. 간격(a)은, 도체(20)의 개별 도체(23)가 실질적으로 원형인 단면을 갖는 다발을 형성하는 도체(20)의 영역(24)에서의 도체(20) 직경(d)보다 작다. 도체(20)의 단부(21)는 접촉 요소(10)의 제1 갈래부(11) 및/또는 제2 갈래부(12)와 전기 전도성으로 그리고 기계적으로 연결된다. 이를 위해, 본 실시예에서는 개별 도체(23)가 예를 들어 레이저를 이용하여 제1 갈래부(11) 및/또는 제2 갈래부(12)와 납땜되거나 용접된다. 도체(20)의 단부(21)가 접촉 요소(10)와 용접되면, 홀더부에 추가로 도체(20)의 단부(21)를 고정하기 위한 적어도 하나의 요소가 제공될 수 있다.
물론, 추가 실시예 및 도시된 실시예의 혼합 형태도 가능하다.

Claims (10)

  1. 전기 전도성 접촉 요소(10) 및 전기 도체(20)를 포함하는, 특히 전기 및/또는 전자 부품(2)을 도체 기판(3)과 연결하기 위한 전기 연결 장치(1)이며, 전기 도체(20)의 일 단부(21)가 접촉 요소(10)와 전기 전도성으로 연결된, 전기 연결 장치에 있어서,
    접촉 요소(10)는 하나 이상의 제1 갈래부(11) 및 하나 이상의 제2 갈래부(12)를 갖는 포크 형태로 형성되며, 제1 갈래부(11)는 중간 공간(13)에 의해 제2 갈래부(12)로부터 이격되며, 전기 도체(20)의 단부(21)는 제1 갈래부(11)와 제2 갈래부(12) 사이의 중간 공간(13)에 배치되어 제1 갈래부(11) 및/또는 제2 갈래부(12)와 전기 전도성으로 연결되는 것을 특징으로 하는, 전기 연결 장치(1).
  2. 제1항에 있어서, 전기 도체(20)가 복수의 개별 도체(23), 특히 개별 와이어를 포함하는 리츠선(22)으로서 형성되는 것을 특징으로 하는, 전기 연결 장치(1).
  3. 제2항에 있어서, 리츠선(22)으로서 형성된 전기 도체(20)가 단부(21)에서 산개(fanning out)됨으로써 개별 도체(23)가 갈래부(11, 12) 사이의 중간 공간(13) 내에 적어도 부분적으로 중첩되어 배열되는 것을 특징으로 하는, 전기 연결 장치(1).
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 제2 갈래부(12)와 마주하는 제1 갈래부(11)의 측면 및/또는 제1 갈래부(11)와 마주하는 제2 갈래부(12)의 측면에 임의의 구조물(14)이 형성되며, 이 구조물(14)은 전기 도체(20)의 단부(21)와 전기적으로 접촉되어 있는 것을 특징으로 하는, 전기 연결 장치(1).
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 구조물(14)은 톱니(15)를 갖는 미늘 형태로 형성되며, 톱니(15)는 각각의 갈래부(11, 12)로부터 이들 갈래부(11, 12) 사이의 중간 공간(13)을 향해 돌출하고, 중간 공간(13) 내에 배치된 도체(20)의 단부(21)와 전기 접촉 상태에 있는 것을 특징으로 하는, 전기 연결 장치(1).
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 갈래부(11, 12)는 간격(a)에 의해 서로 이격되며, 상기 간격(a)은 전기 도체(20)의 단부(21) 전방 영역(24)에서의 전기 도체(20)의 직경(d)보다 더 작은 것을 특징으로 하는, 전기 연결 장치(1).
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 전기 전도성 접촉 요소(10)상에 이 전기 전도성 접촉 요소(10)를 도체 기판(3)에 고정하기 위한 기저부(16)가 형성되는 것을 특징으로 하는, 전기 연결 장치(1).
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 전기 도체(20)의 단부(21)가 전기 전도성 접촉 요소(10)와 납땜되거나 용접되며, 특히 전기 전도성 연결 요소(10)의 갈래부(11, 12) 중 적어도 하나와 납땜되거나 용접되는 것을 특징으로 하는, 전기 연결 장치(1).
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 전기 전도성 연결 요소(10)의 갈래부(11, 12)가 서로 압착되어 전기 도체(20)의 단부(21)가 갈래부(11, 12) 사이에 클램핑되는 것을 특징으로 하는, 전기 연결 장치(1).
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 전기 연결 장치(1)를 포함하는 어셈블리이며,
    이 어셈블리(100)는 또한 적어도 하나의 전기 및/또는 전자 부품(2) 및 적어도 하나의 도체 기판(3)을 포함하고, 도체(20)는 전기 및/또는 전자 부품(2)의 전기 접촉을 위해 형성되며, 접촉 요소(10)는 도체 기판(3)과 전기 전도성으로 연결되고, 특히 납땜되는, 어셈블리.
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