Dans la vague AI et HPC, des technologies de packaging 2.5D/3D comme CoWoS et EMIB, ainsi que HBM3e, définissent une densité et une vitesse extrêmes au niveau de l’interconnexion du silicium. Mais lorsqu’on passe du micron du die aux interconnexions au niveau système, une technologie “classique” reste cruciale : THT/through-hole soldering. Loin d’avoir disparu, elle devient même un pilier dans les applications à forte puissance et haute fiabilité (AI servers, accelerator cards, switches) pour garantir la stabilité du système. Du point de vue d’un ingénieur packaging/interconnect AI, cet article analyse les défis et solutions liés à THT/through-hole soldering dans le hardware AI moderne et sa complémentarité avec SMT assembly pour des interconnexions système robustes.
Pour beaucoup de designs ultra-compacts, le SMT semble incontournable. Pourtant, sur des modules AI GPU au kilowatt, la résistance mécanique et la capacité de courant demandées par les power connectors, bulk capacitors et pièces de renfort dépassent souvent ce que des joints SMT peuvent offrir. C’est là que THT/through-hole soldering prend toute sa valeur. Des fabricants comme Highleap PCB Factory (HILPCB) savent qu’un produit AI réussi exige non seulement des capacités avancées d’IC substrate, mais aussi une intégration système fiable—ce qui repose sur une maîtrise fine des procédés THT. Comprendre comment HILPCB peut optimiser votre design AI interconnect/substrate est une étape clé.
Pourquoi THT/through-hole soldering reste indispensable dans les systèmes AI avancés
Même si SMT assembly domine l’électronique grâce à la densité et à l’automatisation, la valeur stratégique du THT augmente dans l’AI. Son caractère irremplaçable vient de plusieurs avantages qui répondent directement aux contraintes extrêmes des systèmes.
D’abord, la résistance mécanique. Les cartes AI et les cartes mères serveur sont grandes et lourdes, et doivent résister au transport, à l’installation, aux vibrations et aux contraintes mécaniques. Des éléments comme PCIe slots, bornes d’entrée haute tension ou supports de dissipateurs deviennent des points faibles en SMT. En THT, les broches traversent le PCB et sont soudées de l’autre côté : la connexion s’ancre dans l’épaisseur de la carte, offrant une résistance bien supérieure en traction/cisaillement/couple.
Ensuite, la capacité de courant et la dissipation thermique. Les pics de courant d’un module AI GPU peuvent atteindre des centaines voire des milliers d’ampères. Les connecteurs et bornes THT ont des broches plus épaisses et une surface soudée plus grande, réduisant résistance et échauffement. Les broches et les gros filets constituent aussi des chemins thermiques vers les plans internes et les Heavy Copper PCB, aidant le thermal management. Pour les passifs de puissance (gros électrolytiques), THT est souvent la meilleure option.
Enfin, la flexibilité design. Certains composants (transformateurs, modules optiques, interfaces custom) n’existent qu’en THT. Sur des cartes AI complexes, le mix SMT+THT est la norme. Un service Turnkey PCBA doit maîtriser les deux. THT/through-hole soldering n’est donc pas “dépassé” : c’est un pilier pour construire des systèmes AI fiables et puissants.
Impact du THT sur le PDN des substrates AI
Le power distribution network (PDN) est la ligne de vie du système. Sa performance conditionne la stabilité d’alimentation du silicium sous des variations rapides de charge. THT/through-hole soldering est essentiel pour des PDN performants, sur tout le chemin du power input au chip.
Les puces AI combinent une forte puissance moyenne et des transitoires de courant élevés (di/dt). On utilise donc un découplage hiérarchique. Les gros condensateurs électrolytiques ou polymères près de l’entrée et des rails forts courants sont quasi toujours THT : ce sont les “réservoirs” d’énergie. THT apporte la tenue mécanique et permet une faible impédance via des connexions vers plusieurs plans power/ground et des via arrays en parallèle, réduisant ESL et ESR.
Les connecteurs THT sont aussi la porte d’entrée de l’alimentation. ATX ou blind-mate haute puissance doivent transporter des centaines d’ampères. L’optimisation des vias (position, diamètre, quantité) est cruciale pour éviter les hotspots. Pour des HDI PCB et cartes complexes, HILPCB s’appuie sur des simulations électro-thermiques pour guider stack-up et copper design.
Enfin, les vias THT sont des interconnexions verticales clés du PDN. Sur des cartes AI à dizaines de couches, un drilling/plating maîtrisé permet de créer des conduits de puissance à faible résistance et haute fiabilité.
Différences clés entre THT vs. SMT en hardware AI
| Critère | THT/through-hole soldering | SMT Assembly |
|---|---|---|
| Tenue mécanique | Très élevée : broches traversantes et ancrage solide | Moyenne : joints en surface, sensibles au cisaillement/peel |
| Capacité de courant | Très élevée : broches épaisses et grande zone soudée | Limitée : contrainte par pads et package |
| Performance thermique | Bonne : les broches servent de chemins thermiques vers l’interne | Moyenne : dépend surtout des pads et du cuivre de surface |
| Densité d’assemblage | Plus faible : perçage nécessaire, occupe deux faces | Très élevée : double face sans perçage |
| Composants typiques | Connecteurs, gros condensateurs, transformateurs, power devices | IC, R/C, petits passifs, BGA/LGA |
| Niveau d’automatisation | Moyen : wave/Selective wave soldering ou soudure manuelle | Élevé : compatible placement haute cadence et reflow |
Gérer les défis thermiques des composants THT : du PCB au refroidissement système
Les composants THT peuvent être de fortes sources de chaleur et perturber l’airflow ; il faut donc anticiper le thermal management. Le thermal design des systèmes AI est multi-physique, et le THT y joue un rôle important.
Les connecteurs forts courants et les inductances dissipent beaucoup. Une approche efficace consiste à utiliser le PCB comme heat spreader : grandes zones cuivre autour des composants et thermal vias vers les plans internes (power/ground) créent un réseau 3D. Les plans internes diffusent la chaleur, ensuite évacuée par ventilateurs ou liquid cooling.
La hauteur des composants THT peut aussi créer des “zones d’ombre” d’airflow. La collaboration layout/thermique avec CFD est indispensable pour optimiser placement et orientation.
En environnement extrême, Potting/encapsulation avec résines thermoconductrices apporte protection mécanique/environnementale et améliore la diffusion thermique vers le châssis ou la cold plate.
Signal Integrity high-speed : parasitiques des vias THT et optimisations
Lorsque le THT est utilisé sur des chemins high-speed (connecteurs backplane–daughter card), les défis SI apparaissent. Un via THT se comporte comme un réseau R-L-C : discontinuités d’impédance, réflexions, crosstalk et mode conversion.
Le principal problème est le stub : la partie non utilisée du via devient une branche de ligne de transmission pouvant résonner à 1/4 de longueur d’onde et créer des notches d’insertion loss. Pour PCIe 5.0/6.0, c’est critique.
La solution la plus efficace est le Back-drilling (Back-drilling) : après fabrication, on retire le barrel inutile côté stub avec un foret plus grand. Le contrôle de profondeur est très exigeant. HILPCB propose un backdrilling de précision pour minimiser les stubs et améliorer la performance des canaux.
Autres optimisations :
- Optimiser l’anti-pad (Anti-pad) : augmenter la clearance sur les plans réduit la capacité parasite et rapproche l’impédance du target (50Ω ou 100Ω differential).
- Ajouter des ground vias : placer des vias de masse autour du via signal pour fournir un retour faible inductance et réduire ground bounce et crosstalk.
- Éviter les angles droits : utiliser des courbes ou 45° pour limiter les sauts d’impédance.
Avec des simulations EM 3D, on peut modéliser et optimiser dès le design afin que THT/through-hole soldering respecte des exigences SI strictes.
Matrice de capacités HILPCB pour through-hole soldering
| Paramètre de fabrication | Standard | Avancé |
|---|---|---|
| Nombre max de couches PCB | 32 couches | 56 couches |
| Épaisseur max | 6.0mm | 12.0mm |
| Drill mécanique min | 0.20mm | 0.15mm |
| Aspect Ratio max (Aspect Ratio) | 12:1 | 18:1 |
| Précision position trous | ±0.075mm | ±0.05mm |
| Précision profondeur backdrill | ±0.10mm | ±0.05mm |
| Copper thickness supportée | 0.5oz - 6oz | jusqu’à 12oz (heavy copper) |
Selective wave soldering : soudure de précision pour cartes AI mixed-technology
Après le reflow SMT assembly, souder les THT de façon fiable est un défi. La wave classique chauffe toute la face inférieure et peut endommager les SMT déjà montés.
Selective wave soldering utilise des micro-buses pour souder uniquement les zones THT. Le procédé CNC permet d’ajuster préchauffage, température, hauteur buse et temps de contact.
Avantages :
- Protège les composants sensibles.
- Améliore la qualité et la répétabilité.
- Donne plus de liberté de placement SMT près du THT.
- Répète exactement les programmes en production.
HILPCB combine Selective wave haute précision et SPC pour répondre aux exigences IPC-A-610 Class 3.
Du design à la livraison : Turnkey PCBA pour simplifier l’intégration THT
Une supply chain fragmentée augmente risques et délais. Turnkey PCBA centralise la fabrication.
Un fournisseur Turnkey PCBA comme HILPCB intègre Gerber, BOM et tests pour livrer une PCBA fonctionnelle. Pour le THT :
- Optimisation DFM/DFA : review manufacturability + assembly, focus sur pads, spacing, distances THT↔SMT.
- Chaîne intégrée : PCB fab, SMT assembly et THT sous un même système qualité ; choix ENIG/HASL optimisé.
- QC unifiée : tests bare board, AOI/X-Ray, inspections THT ; validation finale via Flying probe test, ICT et/ou FCT.
- Supply chain simplifiée : moins de coordination, plus de vitesse.
Avec un partenaire Turnkey PCBA, les cartes AI complexes (SMT+THT) gagnent en qualité et en time-to-market.
🏢 Workflow Turnkey PCBA de bout en bout HILPCB
Du review d’ingénierie au test final : solution efficace, transparente et fiable.
Revue des données pour améliorer la fabricabilité et réduire les risques.
Supply chain solide : pièces authentiques, lead times contrôlés, traceability.
Support HDI, thick copper, high-frequency avec contrôle électrique strict.
Placement haute précision + Selective wave pour composants micro et heavy.
SPI/AOI/X-Ray + flying probe/functional test pour une livraison zéro défaut.
Fiabilité long terme : tests et protection des joints THT
Un défaut de soudure minime peut devenir critique sous fort courant ou vibration. Des tests rigoureux et une protection adaptée sont essentiels.
- Inspection visuelle et AOI (IPC-A-610) : fill typique ≥75%, bonne mouillabilité, absence de fissures/cold solder.
- X-Ray : 2D/3D pour joints masqués ; vérifie hole fill et Voids internes.
- Tests électriques : Flying probe test pour proto/small batch ; en volume, ICT et/ou FCT.
Protection selon l’environnement :
- Conformal coating contre humidité, poussières, salt fog.
- Potting/encapsulation contre shock/vibration/produits chimiques ; améliore aussi la dissipation via résines thermoconductrices.
Ainsi, chaque joint THT/through-hole soldering reste “rock-solid”.
THT du futur : évolution pour le hardware AI de prochaine génération
Avec l’augmentation de la puissance et du data rate, THT évolue via matériaux, procédés et formats.
Press-fit Technology (Press-fit Technology) gagne en popularité : des broches compliant pressées dans des plated through-holes créent une connexion gas-tight sans soudure, évitant les hautes températures et améliorant la réparabilité.
De nouvelles brasures et des matériaux PCB à Tg plus élevé / CTE plus faible réduisent le stress en thermal cycling. Les connecteurs évoluent (power+signal) et les THT pour high-speed differential améliorent l’impedance control. Les systèmes AI futurs intégreront l’optique ; THT reste une option privilégiée pour la stabilité mécanique.
En résumé, THT/through-hole soldering évolue avec l’AI pour répondre à des exigences extrêmes de power, speed et reliability.
Conclusion : la soudure THT, un procédé clé pour des systèmes AI robustes
La base physique de l’interconnexion est aussi critique que le silicium lui-même. THT/through-hole soldering reste indispensable (mécanique, power, thermique) et complète SMT assembly.
Du PDN et SI à Selective wave soldering, et via Turnkey PCBA pour simplifier la supply chain, maîtriser le THT est incontournable. HILPCB propose du PCB à l’assemblage traversant (through-hole assembly) pour transformer des designs innovants en produits fiables.
Contactez HILPCB pour lancer votre projet AI substrate/interconnect : notre expertise manufacturing peut accélérer votre innovation.