À mesure que l’ADAS et les EV power systems évoluent vers plus d’intégration, une power density plus élevée et des exigences de functional safety plus strictes, la fiabilité du PCB et du processus d’assembly devient un socle de sécurité et de performance véhicule. Même si le SMT domine l’assemblage haute densité, THT/through-hole soldering reste incontournable en automotive—en particulier pour la puissance, les connecteurs et les composants soumis à de fortes contraintes—grâce à sa résistance mécanique, sa capacité de dissipation et sa robustesse en High-Voltage. Cet article, du point de vue d’un ingénieur automotive electronics, montre comment le THT/through-hole soldering répond aux contraintes ISO 26262/ASIL-D et garantit une long-term reliability en conditions extrêmes.
Functional safety : objectifs ASIL, métriques hardware et diagnostic coverage
Dans le cadre ISO 26262, tout système électronique safety-related doit passer par une HARA pour déterminer l’ASIL. De l’ASIL-A à l’ASIL-D, les exigences de fiabilité et de tolérance aux pannes augmentent fortement. Pour une ADAS decision unit ou un EV BMS, ASIL-C ou ASIL-D est souvent requis.
Atteindre ces objectifs est d’abord un sujet de hardware design, et THT/through-hole soldering y joue un rôle clé. Les niveaux ASIL élevés exigent des failure rates extrêmement faibles, liés à deux métriques : Single-Point Fault Metric (SPFM) et Latent Fault Metric (LFM). Pour l’ASIL-D, ISO 26262 impose typiquement SPFM > 99% et LFM > 90%.
La robustesse mécanique des joints THT fournit une base physique : sur des power connectors, de grosses inductances ou des power transistors soumis à vibration et thermal shock, le THT apporte un ancrage bien supérieur au SMT, réduisant le risque de défaillance par contrainte mécanique. Avec un Fixture design (ICT/FCT) précis, les THT joints critiques peuvent être couverts à 100% via ICT et FCT, validant l’electrical integrity et augmentant la Diagnostic Coverage (DC) pour satisfaire le LFM. Un fixture bien conçu est essentiel pour démontrer la DC.
Redondance et fail-safe : architecture, monitoring et gestion de défauts
Pour l’ASIL-D, la redondance (lockstep, channel redundancy) et les mécanismes fail-safe sont standards. Ces architectures s’appuient sur un hardware stable et prévisible. Dans un EV high-voltage inverter ou un OBC, les high-current paths utilisent souvent du heavy copper PCB et des power modules/busbars/condensateurs montés en THT.
Dans ce contexte, THT/through-hole soldering offre :
- Current-carrying capability : des pins plus robustes et des pads plus grands supportent des courants élevés avec moins de heat rise et de voltage drop.
- Mechanical stability : les joints THT résistent mieux à la fatigue mécanique, évitant l’interruption physique d’un canal redondant.
- Failure modes plus prévisibles : des défauts comme cold solder/weak joints sont plus faciles à diagnostiquer via monitoring ou X-Ray, ce qui aide la stratégie de fault handling (basculement de canal, safe state).
En production, un système Traceability/MES solide trace les paramètres de soudure (température/temps) et les informations opérateur pour chaque THT joint—une base critique pour l’analyse de défauts et la traçabilité exigée par ISO 26262.
Chemin d’implémentation : THT dans les systèmes ASIL-D
- Définition des safety goals : identifier les hazards liés aux THT connectors/power devices (open/short) et définir les safety goals (ex. éviter une unintended acceleration).
- Analyse FMEA/FMEDA : analyser failure modes/effects/diagnostics des THT joints, estimer les failure rates et les intégrer aux calculs SPFM/LFM.
- Spécifications design & process : définir des règles de PCB pads (IPC), un process de soudure (ex. Selective wave soldering) et des critères d’inspection (IPC-A-610 Class 3).
- Test & validation : concevoir un Fixture design (ICT/FCT) dédié, combiné à l’ESS et aux durability tests, pour valider la reliability sur le cycle de vie.
- Production control & traçabilité : déployer Traceability/MES (component lots → solder parameters) pour assurer la production consistency.
THT/through-hole soldering en High-Voltage/High-Current : thermal management et résistance mécanique
Les EV power stages (inverter, DC/DC) fonctionnent en High-Voltage (400V/800V) et à fort courant : le thermal management est central. Pour les composants THT, les pins sont à la fois un chemin électrique et un chemin thermique.
- Meilleure dissipation : les pins traversent le PCB, permettant soldering et heat spreading sur deux faces. Avec de grandes zones cuivre et des thermal vias, la chaleur est conduite vers high-thermal PCB ou des dissipateurs externes, via une structure 3D difficile à obtenir en SMT.
- Thermal cycling : l’automotive impose -40°C à 125°C (ou plus). Le CTE mismatch entre pins, solder et laminate crée des contraintes importantes. Les joints THT, avec plus de solder volume et une structure « barrel », absorbent mieux les contraintes et augmentent la fatigue life.
Pour renforcer la robustesse en environnement sévère, Potting/encapsulation est souvent utilisé : il encapsule composants et joints, apporte une excellente protection contre humidité/poussière/chimiques et vibrations, et peut aider la dissipation—un atout majeur pour la sécurité High-Voltage à long terme.
Composants automotive, derating et robustesse environnementale
Les composants automotive doivent respecter AEC-Q (AEC-Q100, AEC-Q200). Cela vaut aussi pour le THT. Il faut ensuite appliquer un derating strict.
Le derating consiste à faire fonctionner les composants sous leurs valeurs nominales maximales pour augmenter la marge et la durée de vie. Pour les THT power resistors, électrolytiques et inductors :
- Temperature derating : maintenir la core temperature sous les limites en worst case.
- Voltage derating : tenir compte des transitoires ; choisir une rated voltage avec marge.
- Current derating : rester sous le rating pour limiter heat rise et le risque d’électromigration.
Au-delà du potting, Conformal coating est une protection largement adoptée : un film mince et robuste qui isole de l’humidité, du salt fog et des contaminants et limite corrosion/electrochemical migration sur les THT joints. C’est critique pour des ECU exposées (châssis, engine bay). Choisir le bon matériau et le bon process de Conformal coating est essentiel pour réussir les essais environnementaux.
À retenir : points clés du THT automotive
- Functional safety d’abord : placer ISO 26262 en priorité ; choix et placement THT doivent servir les objectifs ASIL et les métriques hardware.
- Contraintes mécaniques & thermiques : évaluer vibration, choc et thermal cycling ; utiliser la simulation tôt.
- Process controllability : privilégier des procédés automatisés précis comme Selective wave soldering pour une qualité constante.
- Protection complète : choisir Conformal coating ou Potting/encapsulation selon l’environnement, avec une défense multi-couches.
- DFT : intégrer la testability dès le design ; optimiser les test points et utiliser Fixture design (ICT/FCT) pour 100% coverage.
Production consistency : PPAP/APQP et système de traçabilité
La production automotive exige une cohérence stricte. Les OEM demandent APQP et PPAP.
Dans un service turnkey assembly intégrant THT/through-hole soldering :
- APQP : planifier le process, définir les paramètres clés (SPC), concevoir tooling/fixtures et réaliser une Process FMEA.
- PPAP : avant la série, fournir un dossier PPAP : process flow, PFMEA, Control Plan (CP), études Cpk/Ppk, etc., prouvant une capacité stable.
Un Traceability/MES puissant relie les données de matériaux entrants, PCB bare-board, component lots, paramètres équipements, résultats AOI/X-Ray et données de tests finaux. En cas de problème, la traçabilité permet un retour rapide et un workflow 8D pour une réponse rapide et une amélioration continue.
Soudure avancée et protection : Selective wave soldering, Conformal coating et Potting/encapsulation
La wave soldering classique convient aux PCB pure THT, mais peut endommager le SMT sur une carte mixte. D’où l’adoption de Selective wave soldering comme process principal en automotive.
Selective wave soldering utilise une buse de soudure miniaturisée, contrôlée finement, pour souder uniquement les THT joints ciblés sans affecter le SMT. Avantages :
- Précision et flexibilité : paramètres adaptables par type de THT.
- Moins de thermal shock : chauffage local.
- Joints de haute qualité : joints fiables conformes IPC-A-610 Class 3.
Après la soudure, la protection est la dernière barrière. Conformal coating apporte une protection environnementale de base. Pour les modules exposés à vibration/humidité/chimiques, Potting/encapsulation est souvent nécessaire : plus coûteux et plus lourd, mais une protection et un support structurel incomparables.
Conclusion
THT/through-hole soldering n’est pas une technologie dépassée. Dans l’automotive ADAS et EV power—High-Voltage, high current, vibration, thermal cycling—il reste un process clé pour atteindre la fiabilité maximale. En combinant ISO 26262, Selective wave soldering, Traceability/MES et une protection multi-couches (Conformal coating, Potting/encapsulation), chaque THT joint peut satisfaire les standards automotive-grade. En tant que fournisseur de through-hole assembly, HILPCB accompagne ses clients avec un engineering solide et un contrôle qualité strict.
Questions fréquentes
Pourquoi le THT reste-t-il important dans l'ADAS automobile et l'électronique de puissance EV ?
Les connexions traversantes offrent toujours une excellente tenue mécanique et une bonne capacité de courant dans les environnements automobiles sévères. Elles restent donc très utiles pour les composants lourds, les connecteurs, les pièces de puissance et les fonctions critiques pour la sécurité.
Pourquoi le selective wave soldering est-il important sur les cartes mixtes ?
De nombreuses cartes automobiles combinent SMT et THT sur la même assembly, et une vague globale peut endommager les zones SMT sensibles. Le selective wave soldering apporte un meilleur contrôle thermique et une formation plus précise des joints THT.
Pourquoi la traçabilité, le MES et la rigueur process automobile comptent-ils autant ?
La production automobile exige un contrôle de processus cohérent, documenté et auditables du lot matière jusqu'au test final. Les systèmes de traçabilité et MES permettent d'isoler rapidement les problèmes, de soutenir les exigences PPAP et d'améliorer la qualité dans la durée.
Pourquoi le conformal coating et le potting influencent-ils la fiabilité long terme ?
Après la soudure, la protection environnementale devient essentielle pour les modules soumis aux vibrations, à l'humidité, aux produits chimiques et aux contraintes thermiques. Le conformal coating et le potting aident à préserver l'intégrité des joints et la stabilité structurelle sur toute la durée de vie.