在電源系統(tǒng)追求更高效率、更小體積和更優(yōu)散熱的過(guò)程中，“高功率密度”成為設(shè)計(jì)的核心方向。

隨著新能源汽車、儲(chǔ)能系統(tǒng)和AI服務(wù)器等應(yīng)用功率不斷提升、結(jié)構(gòu)愈發(fā)緊湊，線材的發(fā)熱與穩(wěn)定性及散熱挑戰(zhàn)等問(wèn)題逐漸凸顯。

曾被視為“傳輸部件”的線材，如今正成為影響系統(tǒng)可靠性和散熱挑戰(zhàn)的關(guān)鍵因素。這一變化，正在推動(dòng)磁元件與線材散熱邏輯的重新思考。

01 功率密度提升狂飆，散熱成“卡脖子”難題

功率密度提升是各領(lǐng)域技術(shù)演進(jìn)的必然結(jié)果。

數(shù)據(jù)為證：在新能源汽車領(lǐng)域，車載OBC與DC-DC電源的功率密度已經(jīng)從傳統(tǒng)的2-3 kW/L，提升至4-6 kW/L；在AI服務(wù)器中，為支撐高算力GPU運(yùn)行，電源功率密度普遍達(dá)到6-8 kW/L。

伴隨SiC、GaN等第三代半導(dǎo)體材料的應(yīng)用，效率提升的同時(shí)，散熱挑戰(zhàn)被進(jìn)一步放大。由此帶來(lái)磁芯損耗急劇增加、繞組損耗與趨膚效應(yīng)加劇等問(wèn)題。

線材作為磁性元件中導(dǎo)電與絕緣并存的核心部件，其散熱挑戰(zhàn)對(duì)磁性元器件的性能影響尤為突出。高功率密度帶來(lái)的散熱挑戰(zhàn)主要體現(xiàn)在三個(gè)方面：

一是結(jié)構(gòu)緊湊導(dǎo)致熱積聚，磁元件體積減小、繞組更密，散熱路徑被壓縮。

二是高頻運(yùn)行帶來(lái)額外損耗，在高頻條件下，集膚效應(yīng)和鄰近效應(yīng)增強(qiáng)，使交流電阻上升、渦流損耗增加。

三是絕緣與導(dǎo)熱性能的平衡難題，傳統(tǒng)絕緣材料導(dǎo)熱性能差，熱量在絕緣層中滯留，導(dǎo)致局部溫升高。

業(yè)內(nèi)工程師普遍反映：在功率密度提升后，系統(tǒng)溫升控制越來(lái)越難，散熱挑戰(zhàn)也愈發(fā)凸顯。對(duì)于車規(guī)級(jí)電源來(lái)說(shuō)，磁元件的溫升通常要求控制在60-80℃以內(nèi)，而AI服務(wù)器的運(yùn)行要求更嚴(yán)格，為保證7x24小時(shí)穩(wěn)定運(yùn)行，通常要求溫升控制在50-70℃以內(nèi)。這些限制標(biāo)準(zhǔn)愈發(fā)凸顯散熱挑戰(zhàn)嚴(yán)峻，已成為產(chǎn)品設(shè)計(jì)及線材的準(zhǔn)入門檻。

在散熱路徑有限、空間受限的散熱挑戰(zhàn)下，線材材料體系的散熱性能成為關(guān)鍵突破口。傳統(tǒng)PI絕緣線在熱導(dǎo)率、耐溫性能、機(jī)械韌性方面逐漸暴露瓶頸，產(chǎn)業(yè)鏈上游企業(yè)正加速向高導(dǎo)熱絕緣材料、復(fù)合結(jié)構(gòu)線材方向演進(jìn)，以提高線材散熱性能。

行業(yè)嘗試了利茲線、膜包壓方線、PEEK線等多種線材散熱方案。然而，能同時(shí)在可靠性、工藝適配、散熱性和成本之間取得平衡的線材散熱方案并不多。

驊鷹線材散熱解決方案

正是在線材散熱挑戰(zhàn)愈發(fā)劇烈的背景下，惠州市驊鷹電子科技有限公司開始了針對(duì)高功率密度應(yīng)用場(chǎng)景的線材散熱方案系統(tǒng)化改進(jìn)，開始從源頭的“線材”上進(jìn)行散熱系統(tǒng)化創(chuàng)新。

02 線材散熱工藝協(xié)同創(chuàng)新，溫升直降25%

據(jù)驊鷹電子市場(chǎng)總監(jiān)鄒錦標(biāo)介紹，針對(duì)高功率密度下的線材散熱挑戰(zhàn)，驊鷹電子推出了高溫高導(dǎo)熱絕緣線材系列，目前已在新能源汽車OBC、電機(jī)，以及儲(chǔ)能逆變器、服務(wù)器電源等項(xiàng)目中量產(chǎn)應(yīng)用。

在相同工作條件下，該系列線材的線包整體溫升可降低15%-25%，高頻（100kHz-500kHz）應(yīng)用場(chǎng)景下總損耗下降10%-20%，并且在180℃老化環(huán)境中可穩(wěn)定工作3000小時(shí)以上，性能衰減率低于10%。這些數(shù)據(jù)均來(lái)自頭部客戶的長(zhǎng)期測(cè)試驗(yàn)證。

線材散熱性能提升的核心，來(lái)自材料與工藝的雙重創(chuàng)新。

在材料端，驊鷹采用高導(dǎo)熱復(fù)合絕緣漆作為涂覆材料。這相當(dāng)于為銅導(dǎo)體“穿上”了一件既能絕緣又能高效導(dǎo)熱的“宇航服”，從根本上提升了熱量從內(nèi)到外的傳導(dǎo)效率。比如GaN/SIC復(fù)合油漆，還有導(dǎo)熱系數(shù)高的PEEK材料。

在工藝端，驊鷹在生產(chǎn)中運(yùn)用精密多層涂覆與在線退火技術(shù)。這確保了線材絕緣層厚度均勻、內(nèi)應(yīng)力小，既避免了線材局部過(guò)熱，也提升了線材的柔韌性與耐彎曲壽命，從結(jié)構(gòu)上保障了熱穩(wěn)定的可靠性。熱塑性聚酰亞胺（TPI）由于耐壓明顯明的高于普通的油漆熱固性聚酰亞胺（PI），可以在保證線材散熱性能的耐壓前提下，可以把漆膜做薄達(dá)到很好的散熱效果。

高溫膜包絕緣線材 圖/驊鷹電子

在應(yīng)用細(xì)節(jié)上，驊鷹也針對(duì)高功率密度下的線材加工痛點(diǎn)進(jìn)行了改良。

面對(duì)自動(dòng)化繞線過(guò)程中的回彈與斷線問(wèn)題，公司優(yōu)化了銅材成分和退火工藝，提升了線材的記憶定型性與柔韌性。

針對(duì)部分高速繞線設(shè)備對(duì)線材表面耐刮性能要求高的應(yīng)用，驊鷹開發(fā)了改性膜包體系，既保持絕緣強(qiáng)度，又提升了抗機(jī)械應(yīng)力能力。

為確保線材長(zhǎng)期可靠性，驊鷹建立了嚴(yán)格的驗(yàn)證體系，包括：

熱循環(huán)測(cè)試：-55℃至180℃的環(huán)境下循環(huán)1000次，絕緣層無(wú)龜裂、無(wú)剝離；

絕緣強(qiáng)度測(cè)試：擊穿電壓≥8kV，經(jīng)高溫高濕老化后仍保持高穩(wěn)定性；

長(zhǎng)期老化測(cè)試：180℃下連續(xù)運(yùn)行3000小時(shí)，絕緣衰減小于10%；

熱阻檢測(cè)：整體熱阻較傳統(tǒng)PI線降低約30%。

市場(chǎng)驗(yàn)證也印證了其線材散熱技術(shù)實(shí)力。

鄒錦標(biāo)表示，該高導(dǎo)熱線材已應(yīng)用于國(guó)內(nèi)多家新能源車企及儲(chǔ)能設(shè)備企業(yè)，相關(guān)客戶評(píng)價(jià)其有效降低了車載充電系統(tǒng)滿負(fù)載溫升，提升了高溫穩(wěn)定性及散熱性能，在儲(chǔ)能組串式逆變器中，模塊效率提高了約0.3%。

目前，該系列線材月出貨量已超過(guò)50萬(wàn)米，預(yù)計(jì)年底將達(dá)到80萬(wàn)米。PEEK線與石墨烯銅線產(chǎn)品也已在新能源汽車電機(jī)和低空飛行器電機(jī)中實(shí)現(xiàn)批量供貨。

鄒錦標(biāo)認(rèn)為，散熱性能的提升不只是單一線材改進(jìn)的結(jié)果，而是整個(gè)線材散熱體系的綜合優(yōu)化。導(dǎo)體、絕緣層、繞組結(jié)構(gòu)以及工藝控制的協(xié)同，才能真正降低線包內(nèi)部熱阻，提高磁元件的熱穩(wěn)定性與壽命。

膜包線生產(chǎn)機(jī)臺(tái) 圖/驊鷹電子

03 從提供一根線 到系統(tǒng)級(jí)散熱方案商

鄒錦標(biāo)表示，未來(lái)的散熱設(shè)計(jì)必須是系統(tǒng)性的。驊鷹電子的愿景不止于做“線材供應(yīng)商”，而是成為“熱管理解決方案伙伴”。

為此，驊鷹電子制定了分階段的研發(fā)規(guī)劃。

短期內(nèi)，公司將推出第二代超低損耗利茲線與復(fù)合冷卻結(jié)構(gòu)線材，目標(biāo)是在相同條件下再降低溫升10%以上，進(jìn)一步滿足車規(guī)與服務(wù)器級(jí)產(chǎn)品的熱穩(wěn)定性要求。
中長(zhǎng)期規(guī)劃中，驊鷹正推進(jìn)“晶石項(xiàng)目”，探索基于新型基體材料（如高導(dǎo)熱聚合物、金屬基復(fù)合材料）的線材體系，以應(yīng)對(duì)未來(lái)超過(guò)10 kW/L的功率密度需求。

同時(shí)，公司還在進(jìn)行耐電暈PEEK線的優(yōu)化，提升其在高壓、高頻環(huán)境下的介電強(qiáng)度與使用壽命；針對(duì)石墨烯銅線在成本與工藝適配方面的挑戰(zhàn)，驊鷹也在嘗試開發(fā)石墨烯鋁線，以實(shí)現(xiàn)更高的性價(jià)比和加工可行性。

值得注意的是，驊鷹并不僅局限于材料研發(fā)，而是將熱管理視為一個(gè)系統(tǒng)性工程。未來(lái)，公司計(jì)劃與磁元件制造商、電源廠商進(jìn)行更緊密的聯(lián)合設(shè)計(jì)與測(cè)試，共同推動(dòng)高功率密度產(chǎn)品的可靠落地。

“我們的目標(biāo)不是單純地提供一根線，而是幫助客戶解決高功率密度設(shè)計(jì)中的熱管理難題。隨著新材料、新結(jié)構(gòu)、新工藝的融合，線材將從被動(dòng)部件變成系統(tǒng)散熱設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。”

結(jié)語(yǔ)：線材散熱能力成電源系統(tǒng)性能天花板

隨著功率密度的天花板不斷被抬高，線材散熱能力將直接定義電源系統(tǒng)的性能天花板。驊鷹電子的實(shí)踐表明，通過(guò)材料與工藝的協(xié)同創(chuàng)新，最基礎(chǔ)的線材也能迸發(fā)出解決系統(tǒng)級(jí)散熱挑戰(zhàn)的巨大能量。散熱挑戰(zhàn)問(wèn)題，正在從宏大的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，延伸至微觀的材料科學(xué)與精密制造領(lǐng)域。這場(chǎng)關(guān)于散熱挑戰(zhàn)的“戰(zhàn)役”，注定是一場(chǎng)關(guān)于線材“細(xì)節(jié)”的較量。

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審核編輯 黃宇