在汽车电子，特别是高级驾驶辅助系统（ADAS）与电动汽车（EV）电源系统的严苛世界里，每一个设计决策都直接关系到安全、性能与长期可靠性。这是一个由振动、极端温差和高压电弧风险共同定义的战场。尽管表面贴装技术（SMT）以其高密度和自动化优势已成为主流，但 THT/through-hole soldering（通孔焊接）技术，凭借其无与伦比的机械强度、卓越的载流能力和出色的热管理特性，在车载充电器（OBC）、DC-DC转换器以及基于SiC/GaN的功率模块等高压大功率应用中，依然扮演着不可或缺的核心角色。本文将以一位深耕EV动力链路多年的工程师视角，深入剖析如何驾驭THT技术，以应对车规级的多重挑战。
驾驭宽禁带半导体的高频挑战：THT的电气稳定性基石
宽禁带半导体（SiC/GaN）的应用，正以前所未有的方式重塑EV电源系统，极大地提升了功率密度和效率。然而，其极高的开关速度（dv/dt，可达数十kV/μs）也如同一把双刃剑，带来了严峻的电磁干扰（EMI）和共模噪声挑战。在这些高速开关的驱动电路中，任何微小的寄生电感都可能被急剧变化的电流放大，产生致命的电压过冲和振荡，直接威胁到昂贵的功率器件。
此时，THT元件--如隔离脉冲变压器、大容量薄膜滤波电容和高压连接器--的价值便凸显出来。它们稳固的物理连接，通过粗壮的引脚穿过PCB并被大量焊料包裹，形成了极低阻抗的电气节点。这与SMT元件仅靠焊盘表面连接的方式相比，能有效降低关键回路中的寄生电感和电阻，为控制高速开关提供一个“安静”且稳定的平台。
一个成功的SiC/GaN驱动设计，必须始于一次全面而苛刻的 DFM/DFT/DFA review（可制造性/可测试性/可装配性审查）。在设计初期，我们就必须用系统思维审视THT元件的布局：
- 最小化驱动环路面积： 隔离变压器的初级侧引脚、栅极驱动IC的输出引脚、以及SiC/GaN器件的栅极和源极引脚，它们构成的电流环路面积必须被压缩到极致。THT变压器虽然体积较大，但其引脚布局的灵活性允许工程师将其尽可能靠近功率器件，从而将高频噪声耦合的风险降至最低。
- 优化通孔设计： 这不仅仅是钻一个孔。通孔的孔径与引脚直径的匹配度（通常建议孔径比引脚直径大0.25-0.5mm）、焊盘（Annular Ring）的尺寸、以及是否采用热风焊盘（Thermal Relief Pad）连接到大面积铜箔，都直接影响焊接质量和电流路径的阻抗。在高速驱动电路中，我们甚至会避免使用热风焊盘，采用直接连接的方式，以牺牲部分焊接便利性换取最低的电气阻抗。
- 接地路径规划： THT元件的接地引脚提供了一个绝佳的低阻抗接地锚点。通过将这些引脚与PCB的接地平面通过多个过孔（Vias）紧密缝合，可以为高频电流提供一个宽阔、连续的回流路径，这对于抑制共模噪声至关重要。
HILPCB在处理这类高频PCB方面积累了丰富的实践经验，能够协助客户在原理图阶段就预见并规避这些由物理布局引发的潜在电气性能与可靠性风险。
构筑高压安全壁垒：THT在电气隔离设计中的物理优势
随着EV平台向800V甚至更高电压迈进，电气隔离已成为保障驾乘人员、维修技师乃至整车安全的生命线。在安规标准（如IEC 60664-1）中，Creepage（爬电距离，沿绝缘表面测量的两导体间最短距离）和Clearance（电气间隙，通过空气测量的两导体间最短直线距离）是两个核心指标。设计不足会导致高压下绝缘击穿或电弧产生，引发灾难性后果。
THT/through-hole soldering 在此领域展现了其与生俱来的结构性优势。THT封装的隔离器件（如光耦、隔离变压器）和用于抑制EMI的Y电容，其引脚本身就具有较大的物理间距，这为满足严苛的安规标准提供了坚实的基础。更重要的是，THT结构允许工程师采用更彻底的隔离增强手段：
- PCB开槽（Slotting）： 在高压THT引脚之间，我们可以轻易地在PCB上铣出隔离槽。这能有效地将沿面爬电路径切断，迫使电流必须跨越更长的空气间隙，从而以极小的成本大幅提升爬电距离。对于SMT元件，实现同等效果则要复杂得多。
- 物理屏障集成： THT元件的体积允许其与塑料外壳、绝缘隔板等物理屏障更好地结合，形成多重防护。
然而，在汽车生命周期中可能遇到的潮湿、粉尘和冷凝水等恶劣环境中，仅靠物理距离是不够的。污染物会在绝缘表面形成导电通路，逐渐侵蚀设计好的安全裕量。为此，Potting/encapsulation（灌封）工艺提供了终极的解决方案。它通过将整个PCBA模块用环氧树脂或有机硅等绝缘材料完全包裹，形成一个坚固、致密的保护层。
灌封不仅能彻底隔绝湿气、灰尘和腐蚀性化学物质，还能极大地增强模块的机械强度，有效抵抗汽车行驶中持续的振动和冲击。但成功的灌封并非易事，细致的 DFM/DFT/DFA review 在此环节同样关键：
- 避免空洞（Voids）： 灌封材料在固化过程中若产生气泡或空洞，将是致命的。这些空洞在高压下会引发局部放电（Partial Discharge），长期作用下会逐渐破坏绝缘材料，最终导致击穿。DFM阶段需要确保THT元件的布局不会形成“死角”，妨碍灌封胶的流动和排气。
- 应力管理： 不同材料的热膨胀系数（CTE）不同。在剧烈的温度循环（-40°C至125°C甚至更高）下，灌封材料与THT元件（尤其是陶瓷电容、磁芯等）之间的CTE失配会产生巨大的机械应力，可能导致元件开裂或焊点疲劳。选择低模量、柔性好的灌封材料，并在设计中避免尖锐的边角，是缓解应力的有效手段。
表1：THT与SMT在EV电源应用中的关键特性对比
| 特性 | THT/through-hole soldering | SMT (Surface-Mount Technology) |
|---|---|---|
| 机械强度 | 极高，引脚穿过PCB并焊接，形成坚固的铆接结构，抗振动和机械应力强 | 较低，依赖焊盘表面张力连接，对PCB翘曲和持续振动敏感 |
| 载流/散热能力 | 优秀，引脚和镀通孔提供了大截面积的导电和导热路径，可轻松连接内层重铜 | 有限，受限于焊盘尺寸和PCB表层铜厚，内层散热需依赖大量导热过孔 |
| 高压隔离 | 优异，引脚间距大，易于通过PCB开槽等方式实现超长爬电距离 | 挑战较大，需要特殊封装（如SOIC-16W）和复杂的PCB布线技巧 |
| 适用元件 | 连接器、变压器、大电感、功率模块、保险丝座、铝电解电容 | IC芯片、电阻、电容等小型化、高密度元件 |
应对功率密度挑战：THT在OBC/DC-DC中的热管理策略
在车载充电器（OBC）和DC-DC转换器中，LLC、PSFB等高效软开关拓扑是主流选择。这些电路中的核心元件--功率变压器、谐振电感和输出滤波电容--无一不是体积大、重量重、发热量高的“功率巨兽”。对于这些元件，采用 THT/through-hole soldering 不仅是出于机械可靠性的考量，更是热管理策略的关键一环。
THT连接的独特之处在于，其穿过PCB的引脚不仅是电通路，更是高效的导热通道。热量可以从元件内部，通过引脚，直接传导至PCB的内层铜箔，甚至穿透到背面的散热器。为了最大化这一效应，我们经常采用重铜PCB设计，其内层或外层铜厚可达3oz（105μm）甚至更高。THT元件的镀通孔（Plated Through-Hole, PTH）可以与多层厚铜平面无缝连接，形成一个立体的、高效的散热网络，将点状的热源迅速扩散到整个板面。一个精心设计的THT焊点，其热阻可以远低于SMT焊点，这对于提升系统功率密度、延长元件寿命至关重要。
在组装这些混合技术（SMT+THT）的复杂电路板时，传统的波峰焊已无法满足要求，因为它会无差别地加热整个PCB，可能损伤已经贴装好的、对温度敏感的SMT元件（如微控制器、传感器）。此时，Selective wave soldering（选择性波峰焊）技术便成为保证质量的关键。它通过一个可编程控制的、精密的微型焊料喷嘴，对指定的THT引脚进行点对点的焊接。整个过程高度可控：
- 精准涂覆助焊剂： 仅在待焊区域喷涂或滴涂助焊剂，避免污染其他区域。
- 局部预热： 对焊接区域进行底部预热，活化助焊剂并减少焊接时的热冲击。
- 可控焊接： 焊料波的高度、移动路径、接触时间等参数均可为每个焊点独立编程，确保焊料充分润湿、爬升并形成饱满、光亮的焊点，同时最大限度地减少对邻近元件的热影响。
这种精密的工艺，彻底杜绝了手动焊接带来的不一致性和潜在的人为失误，是实现车规级THT焊接质量的基石。
从制造到验证：构建车规级质量的闭环流程
可靠的 THT/through-hole soldering 绝非一蹴而就，它依赖于精密的制造工艺和贯穿始终的严格测试验证。
在制造端，Selective wave soldering 是保证焊接一致性的核心。通过为不同热容的焊点（例如，连接到大铜箔的引脚和未连接的引脚）定制不同的焊接参数，可以有效避免虚焊、冷焊或焊料过多/过少等常见缺陷。
而在验证端，尤其是在样机和中小批量生产阶段，Flying probe test（飞针测试）提供了一种无与伦比的、高效灵活的测试方案。与需要为每款PCB制作昂贵针床治具的在线测试（ICT）不同，飞针测试仪使用2到8个可独立移动的探针，直接根据CAD数据在PCBA上进行探测。对于THT密集的EV电源模块，它的价值体现在：
- 高压隔离测试： 能够施加高达1000V甚至更高的直流电压，精确测量高压网络与低压网络、以及高压网络与底盘地之间的绝缘电阻，验证爬电距离和电气间隙设计是否有效，确保其阻值在GΩ级别。
- 焊点质量间接评估： 通过精确的四线法（Kelvin）测量，可以检测出THT焊点是否存在微小的电阻异常，这可能是虚焊或冷焊的早期信号。
- 灵活性与快速迭代： 设计发生变更时，只需更新测试程序即可，无需重新制作硬件治具。这极大地加速了产品的开发和迭代周期。
最重要的是，通过将 Flying probe test 的失效数据（例如，哪个焊点绝缘电阻偏低，哪个网络存在间歇性开路）系统地收集并反馈到 DFM/DFT/DFA review 流程中，我们能够形成一个强大的质量改进闭环。例如，如果测试发现某个THT连接器的某个引脚反复出现焊接不良，工程师就可以回溯检查其通孔设计、热风焊盘设置或是在选择性波峰焊工艺中的参数，从而从根本上解决问题，持续提升产品的可制造性和长期可靠性。HILPCB提供从原型到量产的一站式PCBA服务，确保从设计审查到最终测试的每个环节都严格遵循车规级标准。
组装服务亮点：车规级可靠性保障
- 精密焊接工艺： 采用先进的Selective wave soldering技术，为每个THT焊点定制焊接参数，确保焊接的精确性和一致性，避免热损伤。
- 全面测试覆盖： 结合AOI、X-Ray及Flying probe test，实现从外观、内部焊点到高压电气性能的全方位质量检测。
- 环境防护方案： 提供专业的Conformal coating和Potting/encapsulation服务，依据客户需求满足IP67/IP6K9K等严苛防护等级。
- 全流程追溯： 严格执行IATF 16949质量管理体系，确保每一个[通孔焊接组装](/products/through-hole-assembly)环节都有据可查，实现从元件到成品的完全可追溯性。
终极环境防护：Conformal Coating与Potting的深度实践
汽车电子产品的工作环境是消费电子无法比拟的，它们必须在生命周期内承受极端温度（-40°C至+125°C）、高湿度、盐雾腐蚀以及持续的随机振动。Conformal coating（三防漆/共形覆膜）是保护PCBA的第一道，也是最普遍的防线。
它在电路板表面形成一层厚度通常在25-75μm的透明绝缘保护膜，有效隔离THT焊点和敏感电路免受环境侵蚀。在汽车应用中，材料选择至关重要：
- 有机硅（Silicone）： 具有出色的高低温稳定性和柔韧性，能很好地适应温度循环带来的应力，是动力总成应用的首选。
- 聚氨酯（Urethane）： 提供优异的耐化学性和耐磨损性，适用于可能接触油液的区域。
- 丙烯酸（Acrylic）： 易于施工和返修，但耐化学性和耐高温性稍弱。
选择性自动喷涂是目前最先进的涂覆工艺，它能精确控制涂覆区域，避开连接器、测试点等无需防护的区域，保证膜厚的均匀性和一致性。涂覆前的PCBA清洁度是决定防护成败的关键，任何残留的助焊剂或污染物都可能导致覆膜下产生腐蚀或附着力下降。
对于那些暴露在最恶劣环境下的动力总成控制器、电池管理系统（BMS）或逆变器模块，Potting/encapsulation 提供了更高级别的、近乎“坚不可摧”的保护。如前所述，它将整个模块封装在坚固的聚合物中，使其完全防水、防尘，并具备极强的抗振动能力。灌封材料的选择同样是一门科学，需要综合考虑其介电强度、导热系数、粘度、固化时间和机械性能，以匹配具体的应用场景。
无论是 Conformal coating 还是 Potting/encapsulation，其成功实施都高度依赖于对THT元件轮廓、高度和布局的精确控制，这再次将我们带回到了设计的起点--一个深思熟虑的DFM流程。
结论
总而言之，THT/through-hole soldering 技术在要求高功率、高电压和极端可靠性的汽车ADAS与EV电源系统中，远非过时的技术，而是不可替代的工程基石。要成功驾驭这一技术，需要一个贯穿设计、制造、测试到最终防护的全方位、系统化的策略。这始于设计初期彻底的 DFM/DFT/DFA review，以优化电气、热和机械性能；在制造中采用如 Selective wave soldering 这样的精密工艺来保证焊接质量；通过 Flying probe test 等先进手段进行严格的质量验证，并形成数据驱动的改进闭环；最终，应用 Conformal coating 或 Potting/encapsulation 等先进防护措施，为产品穿上坚固的“铠甲”。只有将这些环节作为有机整体紧密结合，我们才能打造出真正满足未来十年车规级安全与可靠性标准的下一代汽车电子产品。
常见问题
为什么汽车 ADAS 和 EV 电源产品仍然需要 THT？
因为高功率、高电压或高机械应力器件，往往更适合使用通孔结构来获得更强连接强度和更高可靠性。对车规产品来说，这类优势仍然非常实际。
THT 如何支撑电气安全？
它有助于关键器件保持更稳固的机械与电连接，并在部分场景下更容易满足高压间距和长期疲劳要求。对安全相关产品，这种物理稳健性很重要。
为什么选择性波峰焊和飞针测试在这里有价值？
前者能更精准地完成关键通孔焊接，后者则有助于在早期发现电气问题。两者结合，可以提高车规导入阶段的问题暴露效率。
什么时候需要三防涂覆或灌封？
当产品需要面对潮气、盐雾、震动、灰尘或长期严苛环境时，往往就需要这些额外防护。它们是车规寿命要求的重要组成部分。