在高级驾驶辅助系统（ADAS）与电动汽车（EV）电源系统向更高集成度、更高功率密度和更高功能安全等级演进的今天，印刷电路板（PCB）及其组装工艺的可靠性已成为决定整车安全与性能的基石。尽管表面贴装技术（SMT）主导了高密度电子组装，但 THT/through-hole soldering（通孔焊接）技术凭借其无与伦比的机械强度、卓越的散热能力和高压耐受性，在车规级应用中，尤其是在电源、连接器和高应力元器件的固定上，依然扮演着不可替代的关键角色。本文将以车载电子系统工程师的视角，深入探讨 THT/through-hole soldering 如何应对 ISO 26262/ASIL-D 的严苛挑战，并确保 ADAS 与 EV 电源 PCB 在极端工况下的长期可靠性。
功能安全分解：ASIL 目标、硬件度量与诊断覆盖
在汽车功能安全标准 ISO 26262 的框架下，任何与安全相关的电子系统都必须经过严格的危害分析与风险评估，以确定其汽车安全完整性等级（ASIL）。从 ASIL-A 到最高的 ASIL-D，等级越高，对系统的可靠性与容错能力要求越苛刻。对于 ADAS 系统的决策单元或 EV 的电池管理系统（BMS），通常要求达到 ASIL-C 或 ASIL-D。
实现这些目标的关键在于硬件设计，而 THT/through-hole soldering 技术在其中扮演着至关重要的角色。高 ASIL 等级要求极低的硬件失效率，这直接关联到两个核心硬件度量：单点故障度量（SPFM）和潜伏故障度量（LFM）。根据 ISO 26262，ASIL-D 级别的系统要求 SPFM >99%，LFM >90%。这意味着系统必须能够检测并控制绝大多数可能发生的单点故障和潜伏故障。
THT/through-hole soldering 的机械坚固性为实现这些指标提供了物理基础。例如，在承受高振动和热冲击的电源连接器、大电感或功率晶体管上，THT 焊接提供了远超 SMT 的机械锚定力，从源头上降低了因机械应力导致连接失效的概率。此外，通过精密的 Fixture design (ICT/FCT)，我们可以对这些关键 THT 焊点进行100%的在线测试（ICT）和功能测试（FCT），确保其电气连接的完整性，从而有效提升诊断覆盖率（DC），满足 LFM 的严苛要求。一个设计精良的测试夹具是确保诊断覆盖率得以验证的关键环节。
冗余与失效安全：架构、监测与故障处置
为了满足 ASIL-D 的要求，冗余设计（如双核锁步、通道冗余）和失效安全机制是标准架构。这些架构依赖于硬件的稳定性和可预测性。在 EV 的高压逆变器或车载充电器（OBC）中，大电流路径通常采用厚铜PCB和 THT 安装的功率模块、母排或大型电容器。
THT/through-hole soldering 在此场景下的优势体现在：
- 电流承载能力：THT 元件的引脚更粗壮，焊盘面积更大，能够安全地传导数百安培的电流，而不会产生过多的热量或电压降。
- 机械稳定性：在车辆行驶的颠簸与冲击中，THT 焊接点能有效抵抗机械疲劳，确保冗余通道的物理连接不会中断。如果一个通道的连接点失效，整个冗余设计便失去意义。
- 故障模式可预测性：THT 焊点的失效模式（如冷焊、虚焊）相对明确，易于通过在线监测（如电压、电流感测）或离线诊断（如 X-Ray 检测）发现。这为故障处置策略（如通道切换、进入安全状态）提供了可靠的输入。
在生产过程中，通过全面的 Traceability/MES 系统，我们可以追踪到每一个 THT 焊点的焊接参数（温度、时间）和操作员信息，为故障分析和根本原因追溯提供了坚实的数据支持，这对于满足 ISO 26262 对开发流程的要求至关重要。
实施流程：THT在ASIL-D系统中的应用路径
- 安全目标定义： 识别与THT连接器/功率元件相关的潜在危害（如断路、短路），并定义安全目标（例如，防止非预期加速）。
- FMEA/FMEDA分析： 对THT焊点进行失效模式、影响及诊断分析，计算其失效率，并将其纳入硬件度量（SPFM/LFM）计算。
- 设计与工艺规范： 制定严格的PCB焊盘设计规则（IPC标准）、焊接工艺（如采用**Selective wave soldering**）和检验标准（IPC-A-610 Class 3）。
- 测试与验证： 设计专门的**Fixture design (ICT/FCT)**，结合环境应力筛选（ESS）和耐久性测试，验证THT焊点在全生命周期内的可靠性。
- 生产控制与追溯： 部署**Traceability/MES**系统，实现从元器件批次到焊接参数的全程可追溯，确保生产一致性。
THT/through-hole soldering 在高压/大电流应用中的热管理与机械强度
EV 动力系统（如逆变器、DC/DC 转换器）工作在高电压（400V/800V）和大电流环境下，热管理是设计的核心挑战。THT 元件，特别是功率器件，其引脚不仅是电气通道，也是重要的散热路径。
- 增强散热：THT 元件的引脚穿过 PCB，可以在电路板的两面进行焊接和散热。通过在 PCB 内部设计大面积的铜箔和散热过孔，可以将热量从元件高效地传导至高导热PCB的散热层或外部散热器。这种立体的散热结构是 SMT 元件难以比拟的。
- 应对热循环：汽车电子产品需要经受-40°C 到 125°C（甚至更高）的宽温域考验。不同材料（元件引脚、焊料、PCB 基板）的热膨胀系数（CTE）失配会在焊点上产生巨大的机械应力。THT 焊点由于其更大的焊料体积和桶状结构，能更好地吸收和分散这种应力，显著提高了在热循环下的抗疲劳寿命。
为了进一步增强恶劣环境下的可靠性，Potting/encapsulation（灌封）工艺常被用于保护整个 PCBA。灌封胶完全包覆 THT 元件和焊点，提供了卓越的防潮、防尘、防化学腐蚀和抗振动性能，同时还能辅助散热，是确保高压模块长期安全运行的终极保障。
车规元件/降额与环境适应性设计
所有用于汽车电子的元器件都必须符合 AEC-Q 标准（如 AEC-Q100 用于集成电路，AEC-Q200 用于无源元件）。选择 THT 元件时，同样需要遵循这一原则。然而，仅仅选用合规元件是不够的，必须进行严格的降额设计。
降额是指让元件在其额定最大值的某个百分比下工作，以预留足够的安全裕量，延长其使用寿命。对于 THT 功率电阻、电解电容和电感，需要考虑：
- 温度降额：确保元件在最恶劣工作环境下的核心温度远低于其规格上限。
- 电压降额：在高压系统中，必须考虑瞬态过压，THT 电容和连接器的额定电压需有足够裕量。
- 电流降额：通过 THT 引脚的电流应低于其额定值，以控制温升和电迁移风险。
在环境适应性方面，除了灌封，Conformal coating（三防涂层）是另一种广泛应用的防护手段。它在 PCBA 表面形成一层薄而坚韧的保护膜，有效隔离湿气、盐雾和污染物，防止 THT 焊点出现电化学迁移和腐蚀，这对于部署在底盘或发动机舱等恶劣位置的 ECU 至关重要。选择合适的 Conformal coating 材料和涂覆工艺，是确保产品通过盐雾、湿热等环境试验的关键。
要点提醒：车规级THT设计的核心考量
- 功能安全优先： 始终将ISO 26262要求置于首位，确保THT元件的选择和布局服务于ASIL目标和硬件度量。
- 机械与热应力： 充分评估振动、冲击和热循环对THT焊点的影响，利用仿真工具进行早期分析。
- 工艺可控性： 优先采用自动化、高精度的焊接技术，如**Selective wave soldering**，以保证焊接质量的一致性。
- 全方位防护： 根据应用环境，合理选择**Conformal coating**或**Potting/encapsulation**等防护措施，构建多层防御体系。
- 可测试性设计（DFT）： 在设计阶段就考虑测试需求，优化测试点布局，配合高效的**Fixture design (ICT/FCT)**，确保100%覆盖率。
生产一致性：PPAP/APQP 与可追溯体系
车规级产品的核心要求之一是生产一致性。主机厂（OEM）要求供应商遵循严格的质量管理体系，其中 APQP（先期产品质量策划）和 PPAP（生产件批准程序）是两大支柱。
在涉及 THT/through-hole soldering 的交钥匙PCBA组装服务中，这意味着：
- APQP 阶段：在产品设计早期，就需要策划 THT 的焊接工艺流程、确定关键过程参数（SPC）、设计专用的工装夹具，并进行过程 FMEA，识别潜在风险并制定预防措施。
- PPAP 阶段：在批量生产前，必须提交一套完整的 PPAP 文件，包括过程流程图、PFMEA、控制计划（CP）、过程能力研究（Cpk/Ppk）报告等，以证明我们有能力稳定、一致地生产出符合所有规范的 THT 焊接组件。
这一切的实现，离不开强大的 Traceability/MES（制造执行系统）。该系统能够记录从原材料入库、PCB 裸板信息、元件批次、焊接设备参数、AOI/X-Ray 检测结果到最终测试数据的每一个环节。一旦出现质量问题，我们可以通过 Traceability/MES 系统迅速追溯到具体批次、设备甚至时间点，启动 8D（8 Disciplines）问题解决流程，实现快速响应和持续改进。
先进焊接与防护工艺：从选择性波峰焊到三防与灌封
传统的波峰焊适用于纯 THT 板，但对于 SMT 和 THT 共存的混合技术板，它可能会损伤已贴装的 SMT 元件。因此，Selective wave soldering（选择性波峰焊）技术应运而生，成为车规级 THT 焊接的主流工艺。
Selective wave soldering 使用一个微型、可精确控制的焊料喷嘴，只对指定的 THT 焊点进行焊接，而不会影响到周边的 SMT 元件。其优势包括：
- 高精度与灵活性：可为不同类型的 THT 元件定制焊接参数。
- 热冲击小：仅局部加热，避免了整个 PCB 的热冲击。
- 高质量焊点：通过精确控制，可形成饱满、可靠的 IPC-A-610 Class 3 标准焊点。
焊接完成后，防护工艺是确保长期可靠性的最后一道防线。如前所述，Conformal coating 提供了基础的环境防护。而对于那些暴露在极端振动、高湿或有化学品接触风险的模块，如安装在底盘的控制器，则必须采用 Potting/encapsulation。这种工艺虽然成本更高、重量更大，但它提供的物理保护和结构支撑是无可比拟的，能确保 THT 元件在高应力下稳如磐石。
结论
总而言之，THT/through-hole soldering 远非一项过时的技术。在要求极致可靠性的汽车 ADAS 与 EV 电源系统中，它依然是应对高压、大电流、高振动和严苛热循环挑战的核心工艺。通过与 ISO 26262 功能安全流程的深度融合，结合先进的 Selective wave soldering 工艺、全面的 Traceability/MES 系统以及如 Conformal coating 和 Potting/encapsulation 等多层次防护策略，我们能够确保每一个 THT 焊点都满足车规级的最高标准。作为专业的通孔插装组装服务提供商，HILPCB 致力于通过精湛的工程技术和严格的质量控制，帮助客户打造安全、可靠、高性能的汽车电子产品。
常见问题
为什么 THT 在 automotive ADAS 和 EV power 中仍然重要？
通孔连接在高振动、高电流和高可靠性场景下，依然具备很强的机械固定能力和电气承载能力。对于大型器件、功率器件、连接器以及安全关键组件，THT 仍是不可替代的重要工艺。
为什么混合工艺汽车板需要 Selective wave soldering？
很多汽车电子板同时包含 SMT 和 THT，如果采用整板波峰焊，容易对 SMT 区域造成热冲击或工艺风险。Selective wave soldering 可以更精准地控制局部加热和焊点形成，更适合高可靠性汽车装联。
为什么 Traceability、MES 和汽车级过程纪律这么关键？
汽车制造要求从来料批次到最终测试都具备可追溯、可审计、可复盘的过程控制能力。Traceability 与 MES 系统不仅支持 PPAP 等要求，也能在问题发生时快速定位根因并推动持续改进。
为什么 Conformal coating 和 Potting/encapsulation 会影响长期可靠性？
焊接完成后，环境防护就成为长期稳定性的最后一道屏障。面对振动、湿气、化学腐蚀和热应力，Conformal coating 与 Potting/encapsulation 能帮助焊点和器件保持结构稳定，延长整机寿命。